GPSRTK高速公路中樁放樣中的使用

20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)高速公路得到了迅速發(fā)展，高速公路的建設(shè)也達(dá)到一個(gè)空前快速的階段，這就要求工程建設(shè)部門(mén)能夠快速的完成建設(shè)。在高速公路建設(shè)中測(cè)量放樣工作是一切設(shè)計(jì)和建設(shè)工作的前提，如何快速的測(cè)量高速公路建設(shè)所需的測(cè)量數(shù)據(jù)事關(guān)整個(gè)工程的進(jìn)度，而高速公路中線定測(cè)是整個(gè)測(cè)量工作的重點(diǎn)，傳統(tǒng)的全站儀測(cè)量方式速度慢，且在高山樹(shù)林地區(qū)測(cè)量開(kāi)展困難。GPS-RTK技術(shù)是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來(lái)的一種載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)， 它能夠?yàn)楣潭ɑ蛞苿?dòng)平臺(tái)提供指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)信息， 并能達(dá)到厘米級(jí)精度。由于RTK技術(shù)能夠提供高精度的實(shí)時(shí)定位， 速度快、精度高。因此， RTK技術(shù)在高速公路中線定測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

1.GPS RTK原理

RTK 是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（Real Time Kinematic）的縮寫(xiě)。GPS RTK系統(tǒng)是由一個(gè)基準(zhǔn)站、通訊系統(tǒng)和若干個(gè)流動(dòng)站3 大部分組成。其中， 基準(zhǔn)站包括GPS 接收機(jī)具有（接收空間中的衛(wèi)星信號(hào)，并且能夠?qū)⑵溆^測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息實(shí)時(shí)傳送給流動(dòng)站或電臺(tái)）、GPS 天線、無(wú)線電通訊發(fā)射設(shè)備、電源、基準(zhǔn)站控制器（可進(jìn)行基準(zhǔn)站的相關(guān)參數(shù)設(shè)置）等設(shè)備。流動(dòng)站包括GPS天線、GPS 接收機(jī)（具有接收衛(wèi)星信號(hào)，并且能夠接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)膶?shí)時(shí)信息，最終解算出所需的三圍坐標(biāo)信息）、無(wú)線電通訊接收設(shè)備、電源、流動(dòng)站控制器（可進(jìn)行流動(dòng)站的相關(guān)參數(shù)設(shè)置）。詳見(jiàn)圖1 所示：

圖1 RTK技術(shù)原理圖

在進(jìn)行測(cè)量時(shí)， 基準(zhǔn)站將接收到的全部衛(wèi)星信息（包括偽距和載波相位觀測(cè)值等）及基準(zhǔn)站信息（基準(zhǔn)站坐標(biāo)、天線高等）一起由信號(hào)中轉(zhuǎn)通訊系統(tǒng)傳送給各個(gè)流動(dòng)站。流動(dòng)站完成參數(shù)設(shè)置并初始化后， 通過(guò)數(shù)據(jù)鏈同步接收來(lái)自基準(zhǔn)站發(fā)射的全部數(shù)據(jù)信息， 同時(shí)自身也采集GPS 衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)， 并在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行差分計(jì)算，對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理， 再經(jīng)過(guò)一系列的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和投影改正， 即可實(shí)時(shí)計(jì)算并得到流動(dòng)站站點(diǎn)的三維坐標(biāo)并顯示和記錄。

2.GPSRTK 在公路定線測(cè)量工程中的應(yīng)用

2.1應(yīng)用

2014年9月-10月實(shí)施了江西省某高速公路k0～k35的中樁放樣工作，工作地區(qū)全部在中高丘陵地區(qū)，中丘圍繞低丘周緣分布，溝谷寬淺，形成丘間谷地和溪谷階地，海拔200～300米，相對(duì)高度50～100米。高丘緊靠四周山地，呈零星分布，多屬深溝坑谷，海拔300～500米，相對(duì)高度100 ～200米。植被茂盛，大多是叢林和蕨類植物，還有零星的高大樹(shù)林地區(qū)。因此測(cè)區(qū)作業(yè)難度極大，傳統(tǒng)的測(cè)量方式很難在這樣的地區(qū)順利開(kāi)展工作。

本次選用中海達(dá)的IRTK儀器，參數(shù)為：

1）單基線<30Km

2）RTK定位精度：水平：±8mm+1ppm RMS

垂直：±15mm+1ppm RMS

3）初始化時(shí)間：典型<10s

4）初始化可靠性：>99.99%

測(cè)區(qū)已經(jīng)布設(shè)好了5個(gè)GPS C級(jí)和120個(gè)D級(jí)點(diǎn)，可以作為控制點(diǎn)，通過(guò)5個(gè)GPSC級(jí)點(diǎn)和若干個(gè)GPSD級(jí)點(diǎn)求出坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為本地坐標(biāo)。然后在就近的已知點(diǎn)驗(yàn)證是否儀器工作正常，是否正確得到正確的三維坐標(biāo)，如果儀器工作正常，即可導(dǎo)入道路曲率參數(shù)，設(shè)置中樁間隔（一般為15米或20米），即可進(jìn)行放樣，在地形變坡點(diǎn)、橋梁建筑的起終點(diǎn)、曲線要素點(diǎn)、河流邊界點(diǎn)等重要地物和重要信息點(diǎn)要增加放樣點(diǎn)。在樹(shù)林或其他無(wú)GPS信號(hào)地區(qū)需要全站儀配合放樣，用GPSRTK在有信號(hào)的地區(qū)測(cè)量?jī)蓚€(gè)點(diǎn)作為已知點(diǎn)，然后用全站儀采用極坐標(biāo)方進(jìn)行放樣。

2.2GPS RTK和常規(guī)方法相比較的優(yōu)勢(shì)

GPS RTK與常規(guī)全站儀方法相比較有巨大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)比見(jiàn)表1：

從表1中可以看出，傳統(tǒng)的全站儀中樁放樣需要的人員多、速度慢、精度不均等和作業(yè)環(huán)境要求苛刻。而GPSRTK在高速公路放樣中樁時(shí)人員少，且負(fù)重輕，速度快，精度高且均勻，對(duì)環(huán)境要求較低。

3.精度分析

3.1精度對(duì)比

為了驗(yàn)證本次項(xiàng)目的放樣精度，進(jìn)行了兩次驗(yàn)證，第一種是隨機(jī)選取其中的50個(gè)GPSD及點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行精度對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2所示：

通過(guò)表1的數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，用RTK進(jìn)行測(cè)量平面精度合格率達(dá)到100%，高程精度合格率達(dá)到了96%，因此本次測(cè)量精度滿足本次項(xiàng)目的技術(shù)要求。

第二種驗(yàn)證是隨機(jī)選取其中的200放樣點(diǎn)進(jìn)行二次放樣，然后對(duì)比兩次放樣的位置誤差，對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)表3所示：

通過(guò)表3可以看出重復(fù)放樣符合項(xiàng)目精度要求的點(diǎn)位比例達(dá)到了98.5%，說(shuō)明放樣結(jié)果完全符合本項(xiàng)目的技術(shù)要求。

3.2誤差分析

GPSRTK測(cè)量誤差主要包括大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)。這兩種誤差對(duì)GPSRTK測(cè)量精度影響是最大的。其中多路徑誤差是GPSRTK對(duì)測(cè)量精度影響最嚴(yán)重的誤差。多路徑誤差主要取決于GPS接收機(jī)天線周圍的環(huán)境，若天線周圍有高大建筑物或大面積水面時(shí)，將對(duì)電磁波有強(qiáng)反射作用。通常情況下，多路徑誤差為 1～5cm，高反射環(huán)境下可達(dá) 10cm以上，這對(duì)RTK測(cè)量將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為了盡可能消誤差影響，在實(shí)際作業(yè)中，可采用雙頻觀測(cè)，衛(wèi)星高度角設(shè)置15°左右，不宜太小。在樹(shù)林、河邊、高樓附近等地點(diǎn)測(cè)設(shè)時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間也能消除多路徑效應(yīng)。

GPSRTK測(cè)量時(shí)需要把WGS84地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)系坐標(biāo)。在求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)所使用的基準(zhǔn)點(diǎn)的精度、密度及分布狀況等，都會(huì)對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解質(zhì)量有著直接影響。因此，所選定的基準(zhǔn)點(diǎn)要求精度要高，并且應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)周圍。

4.結(jié)論

GPSRTK技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟，在高速公路放樣中應(yīng)用也日益增多，相比傳統(tǒng)放樣方法有很大的優(yōu)勢(shì)。GPSRTK放樣方式極大提高了放樣測(cè)量的工作效率， 降低了測(cè)量成本，精度高且均勻，在高速公路放樣測(cè)量中有很大的應(yīng)用前景。

（作者單位：（1.新疆航天經(jīng)緯測(cè)繪技術(shù)有限公司；2.新疆工程學(xué)院 采礦工程系）