RTK技術(shù)在公路施工測(cè)量中的運(yùn)用

馬洪亮

摘要：RTK 技術(shù)是GPS 定位技術(shù)的一個(gè)新的里程牌，它不僅具有GPS 技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)，而且可以實(shí)時(shí)獲得觀測(cè)結(jié)果及精度，大大提高了作業(yè)效率并開(kāi)拓了GPS 新的應(yīng)用領(lǐng)域。簡(jiǎn)述了RTK技術(shù)的組成和基本原理，介紹了RTK系統(tǒng)在公路施工測(cè)量中的操作流程、使用中應(yīng)注意的問(wèn)題、質(zhì)量控制點(diǎn)以及在實(shí)際施工測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：RTK技術(shù);施工測(cè)量;應(yīng)用

前 ?言

公路工程施工測(cè)量，在外業(yè)方面主要包括公路施工控制網(wǎng)的布設(shè)，橋涵等構(gòu)筑物、路基路面的施工放樣、路基挖填時(shí)地形地貌數(shù)據(jù)的測(cè)取，以及竣工測(cè)量等等。傳統(tǒng)的公路測(cè)量?jī)x器主要為水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀等，由于公路工程路線(xiàn)長(zhǎng)，測(cè)區(qū)大多地形高低起伏，受精度和通視等因素影響，傳統(tǒng)的儀器設(shè)備在此種條件下進(jìn)行測(cè)繪工作勢(shì)必付出較大時(shí)間和精力。RTK技術(shù)，即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)（英文全稱(chēng)為Real Time Kinematic），是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，由于它具有觀測(cè)時(shí)間短、精度高、測(cè)程遠(yuǎn)、作業(yè)范圍廣、無(wú)須通視和現(xiàn)場(chǎng)給出精確坐標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。使得采用RTK-GPS進(jìn)行施工測(cè)量較之常規(guī)方法測(cè)量更簡(jiǎn)單、方便、可靠和快捷，它的優(yōu)越性使我們能在公路工程測(cè)量中在保證質(zhì)量的同時(shí)極大地提高工作效率并降低成本測(cè)量和其他領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。結(jié)合本人在邛名高速公路工程測(cè)量實(shí)踐談?wù)剬?duì)RTK技術(shù)進(jìn)行施工測(cè)量的一些認(rèn)識(shí)。

一、RTK系統(tǒng)的組成和工作原理

RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站、數(shù)據(jù)鏈三部分組成。其工作原理是：基準(zhǔn)站接收機(jī)架設(shè)在已知或未知坐標(biāo)的參考點(diǎn)上，連續(xù)接收所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星信號(hào)，基準(zhǔn)站將測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)、偽距觀測(cè)值、載波相位觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和接受機(jī)工作狀態(tài)等通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站先進(jìn)行初始化，完成整周未知數(shù)的搜索求解后，進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)。流動(dòng)站在接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)時(shí)，同步觀測(cè)采集GPS衛(wèi)星載波相位數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)差分處理求解載波相位整周模糊度，根據(jù)及基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的相關(guān)性，得出流動(dòng)站的平面坐標(biāo)x，y，和高程h。

二、RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.工作效率高

在一般的地形地勢(shì)下， 高質(zhì)量的RTK 設(shè)站一次即可測(cè)量完4km 半徑的測(cè)區(qū)， 大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的設(shè)站次數(shù)， 移動(dòng)站一人操作即可， 勞動(dòng)強(qiáng)度底， 作業(yè)速度快， 提高了工作效率。

2.定位精度高

只要滿(mǎn)足RTK 的基本工作條件， 在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（ 一般為4km） ， RTK 的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。

3.全天候作業(yè)

RTK 測(cè)量不要求基準(zhǔn)站、移動(dòng)站間光學(xué)通視， 只要求滿(mǎn)足“電磁波”通視， 因此和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK 測(cè)量受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制小， 在傳統(tǒng)測(cè)量看來(lái)難于開(kāi)展作業(yè)的地區(qū)， 只要能滿(mǎn)足RTK 的基本工作條件， 它也能進(jìn)行快速高精度定位， 使測(cè)量工作變得更容易更輕松。

4.RTK 測(cè)量自動(dòng)化、集成化程度高， 數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)

RTK 可進(jìn)行多種測(cè)量?jī)?nèi)、外業(yè)工作。移動(dòng)站利用軟件控制系統(tǒng)， 無(wú)需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能， 減少了輔助測(cè)量工作和人為誤差， 保證了作業(yè)精度。

三、運(yùn)用RTK技術(shù)的注意事項(xiàng)

由于GPS衛(wèi)星處在2×104km的高空，從衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)到接收機(jī)接收，中間經(jīng)過(guò)電離層、對(duì)流層以及多方面的干擾，信號(hào)十分微弱。同時(shí)，RTK的數(shù)據(jù)鏈采用超高頻（UHF）電磁波，它的傳輸距離與接收機(jī)天線(xiàn)的高度、地球曲率的半徑及大氣折射等因素有關(guān)。故要提高GPS信號(hào)接收的質(zhì)量，基準(zhǔn)站必須遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源（如高壓線(xiàn)、電視臺(tái)等）;同時(shí)為減少多路徑效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站周?chē)鷳?yīng)無(wú)明顯的大面積的信號(hào)反射物（如大面積水域、大型建筑物等）;另外，基準(zhǔn)站電臺(tái)天線(xiàn)之間無(wú)大的遮擋物（如高層建筑物、高山等），且天線(xiàn)盡量設(shè)置高些，以提高數(shù)傳電臺(tái)的傳輸距離。

四、RTK測(cè)量的質(zhì)量控制

RTK測(cè)量除了受到GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)測(cè)量相同的誤差影響之外，還受到數(shù)據(jù)鏈質(zhì)量、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度和可靠性等因素的綜合影響，而實(shí)際作業(yè)中往往缺乏必要的檢核條件。作業(yè)時(shí)如果操作失誤或某些技術(shù)問(wèn)題處理不當(dāng)，都將會(huì)給測(cè)量成果帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此，必須通過(guò)對(duì)RTK測(cè)量成果進(jìn)行質(zhì)量控制，才能確保實(shí)際觀測(cè)的RTK成果正確可靠，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。

五、RTK技術(shù)在公路施工測(cè)量中的應(yīng)用

1.RTK技術(shù)在控制測(cè)量中的應(yīng)用

在RTK儀器的實(shí)際應(yīng)用中，在參考站的差分信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)（距離參考站的有效范圍大致為15Km），GPS接收機(jī)只要1～3min就能進(jìn)入RTK工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下1min內(nèi)即可得到厘米級(jí)的點(diǎn)位精度。若不受外界因素的影響（能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形），則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，一直保持到測(cè)量結(jié)束。即使是受到一些外部因素的影響或干擾，也可保持利用偽距觀測(cè)值接收RTCM改正數(shù)的DGPS分米級(jí)精度。以邛名高速公路B合同段施工為例，項(xiàng)目提供的為中海達(dá)V8型儀器，按制造廠家的產(chǎn)品介紹，以每秒一組數(shù)據(jù)的RTK-GPS的精度，平面為10mm+1ppm，高程為20mm+2ppm。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，在距離參考站約3公里的地方，平面定位精度誤差小于5cm，高程誤差小于10cm。

2.RTK技術(shù)在測(cè)量施工放樣中的應(yīng)用

RTK測(cè)量技術(shù)用于公路測(cè)量中的道路中線(xiàn)放樣可大大提高工作效率。采用RTK技術(shù)，放樣工作可由一人完成。將線(xiàn)路參數(shù)如線(xiàn)路起終點(diǎn)坐標(biāo)、曲線(xiàn)轉(zhuǎn)角、半徑等輸入RTK的外業(yè)控制器即可放樣，放樣方法靈活，即可按照樁號(hào)放樣，也可按照坐標(biāo)放樣，并可隨時(shí)互換。放樣時(shí)屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動(dòng)，直至誤差小于設(shè)定時(shí)的為止。所有中樁數(shù)據(jù)（樁號(hào)、高程、坐標(biāo)）都可以文本文件形式提供給設(shè)計(jì)人員使用。在邛名高速公路邊樁放樣工程中，沿途有不少山川丘陵，植被覆蓋厚，多為有剌密灌、果樹(shù)、甘蔗、雜草等地。我們同時(shí)開(kāi)設(shè)了RTK-GPS測(cè)量組和全站儀測(cè)量組，結(jié)果前者完成的任務(wù)量是后者的2～3倍，且使用GPS作業(yè)過(guò)程要輕松自在得多。高邊坡鉆孔放樣項(xiàng)目中，委托方特別強(qiáng)調(diào)高程精度不能低于0.2m。

3.RTK技術(shù)在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用

在公路工程在進(jìn)行路基挖填工序時(shí)，出于測(cè)算外填工程量的需要，需要對(duì)原來(lái)和現(xiàn)在的地貌進(jìn)行地形測(cè)量。用常規(guī)的測(cè)圖方法（如全站儀）通常是先布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)，這種控制一般是在國(guó)家高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)上加密次級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)。最后依據(jù)加密的控制點(diǎn)和圖根點(diǎn)，測(cè)定地物點(diǎn)和地形點(diǎn)在圖上的位置，并按照一定的規(guī)律和符號(hào)繪制成平面圖。

六、結(jié)束語(yǔ)

由于載波相位測(cè)量，差分處理技術(shù)、整周未知數(shù)、快速求解技術(shù)以及移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的融合，使RTK 在精度、速度、實(shí)時(shí)性上達(dá)到了完滿(mǎn)的結(jié)合，并使得RTK定位技術(shù)大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)等級(jí)公路的勘測(cè)手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了重大改變，極大地提高了勘測(cè)精度和勘測(cè)效率，對(duì)公路勘測(cè)、施工和后期養(yǎng)護(hù)、管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 50026-93 工程測(cè)量規(guī)范 .北京.中國(guó)計(jì)劃出版社.

[2]潘寶玉等.提高RTK測(cè)量成果精度的技術(shù)關(guān)鍵. 地礦測(cè)繪2003（19）.