公路工程測(cè)量中GPS-RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

陳 剛

中江縣測(cè)繪所

1 GPS-RTK技術(shù)

GPS-RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)合，是建立在載波相位觀測(cè)值基礎(chǔ)上的動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)。GPS-RTK技術(shù)主要通過基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈以及流動(dòng)站接收機(jī)3個(gè)組成部分來實(shí)現(xiàn)。采用衛(wèi)星技術(shù)對(duì)地質(zhì)進(jìn)行連續(xù)性的探測(cè)觀察，并且通過無線電將數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅鲃?dòng)站，根據(jù)數(shù)據(jù)集合GPS定位原理解析流動(dòng)站的精度以及三維坐標(biāo)。相比于GPS測(cè)量技術(shù)，GPS-RTK具有快速定位三維坐標(biāo)、定位精確度高以及能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離操作的優(yōu)點(diǎn)，能夠盡量避免誤差的累積。

2 GPS-RTK技術(shù)的工作原理

GPS-RTK技術(shù)結(jié)合了全球定位系統(tǒng)和載波相位差分技術(shù)，能讓工程測(cè)量的效率得到很大的改善。GPS是在載波相位觀測(cè)值的條件下進(jìn)行工作的，而RTK則是在GPS的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)具有非常高的數(shù)據(jù)測(cè)量精準(zhǔn)度，其精準(zhǔn)度可達(dá)到cm范圍。GPSRTK技術(shù)的組成結(jié)構(gòu)主要有3個(gè)，即GPS接收器、基準(zhǔn)站以及流動(dòng)站，在對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸上，則是借助于差分軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈。

3 GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在公路工程運(yùn)用中的優(yōu)點(diǎn)

3.1 讓測(cè)量工作的要求得以降低

GPS-RTK技術(shù)在進(jìn)行測(cè)量時(shí)與傳統(tǒng)的測(cè)量方法比較，天氣、溫度以及季節(jié)等因素?zé)o法影響到GPS-RTK技術(shù)工作，不管是平坦地勢(shì)還是復(fù)雜地勢(shì)，GPS-RTK技術(shù)也能夠進(jìn)行作業(yè)。傳統(tǒng)的測(cè)量方法，在遇到一些地勢(shì)復(fù)雜或者具有較多影響因素的地區(qū)，由于其作用條件無法得到滿足，致使這些地方就無法進(jìn)行測(cè)量工作，而運(yùn)用GPSRTK技術(shù)進(jìn)程測(cè)量就能夠有效的解決這些問題。此外，GPS-RTK技術(shù)的高程測(cè)量的精度和效率同樣很高。特別是在當(dāng)下，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，很多山區(qū)都得到了開發(fā)，而GPS-RTK技術(shù)具有很高的高程測(cè)量精準(zhǔn)度，因此，對(duì)我國(guó)的山區(qū)發(fā)展起到了很大的推動(dòng)作用。

3.2 GPS-RTK測(cè)量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

(1)支持線路的平斷面、縱斷面、橫斷面、可視化橫斷面采集，大大提高了線路原地面測(cè)量效率高和準(zhǔn)確性。(2)線路放樣點(diǎn)實(shí)時(shí)計(jì)算，可以按任意里程加樁，并顯示放樣點(diǎn)里程。(3)直觀快捷的放樣指導(dǎo)方式，按東南西北方向指導(dǎo)，對(duì)中桿上設(shè)置指南針，坐標(biāo)放樣和高程放樣可以同時(shí)進(jìn)行。(4)方便地設(shè)置線路平曲線，也可自由地定義出任意形態(tài)的線路，例如匝道。(5)儀器簡(jiǎn)單，攜帶方便，在固定點(diǎn)設(shè)置好基準(zhǔn)站后，外業(yè)測(cè)量只需一人攜帶一個(gè)移動(dòng)臺(tái)便可。(6)數(shù)據(jù)傳輸便捷，對(duì)臨時(shí)性的坐標(biāo)可以利用電腦Excel表格直接導(dǎo)入手簿后進(jìn)行施工放樣。

4 GPS-RTK技術(shù)在工程測(cè)量之中的應(yīng)用分析

4.1 線路勘測(cè)

在公路選線過程中，我們往往要按照勘察設(shè)計(jì)規(guī)范，為了準(zhǔn)確設(shè)計(jì)好道路中線使其符合設(shè)計(jì)要求，我們可以利用GPS-RTK技術(shù)，用車載GPS-RTK接收機(jī)做流動(dòng)站，沿原路中線按一定間隔采集數(shù)據(jù)，選擇另一個(gè)已知點(diǎn)為參考站，遇到重要地物，準(zhǔn)確定位，最后將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，利用AutoCAD軟件可以方便的在計(jì)算機(jī)上選線。設(shè)計(jì)人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后，需將公路中線在地面上標(biāo)定出來，并得到中樁點(diǎn)坐標(biāo)及坐標(biāo)文件。采用實(shí)時(shí)GPS測(cè)量，只需將中莊點(diǎn)坐標(biāo)或坐標(biāo)文件輸入到GPS手薄中，系統(tǒng)軟件就會(huì)自動(dòng)定出放樣點(diǎn)的點(diǎn)位，由于每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成的，所以不會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差，各點(diǎn)放樣精度趨于一致。

4.2 繪制大比例地形圖

高等級(jí)公路選線多是在大比例尺(通常1：2000或1：1000)帶狀地形圖上進(jìn)行，用傳統(tǒng)方法測(cè)圖，先建立控制網(wǎng)，然后進(jìn)行碎部測(cè)量，繪制成大比例尺地形圖，其工作量大、速度慢、時(shí)間長(zhǎng)。用實(shí)時(shí)GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量，構(gòu)成碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在室內(nèi)即可由繪圖軟件成圖，由于只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息，而且采集速度快，大大降低了測(cè)圖的難度，省時(shí)又省力。

4.3 RTK放樣測(cè)量

將GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用到公路工程測(cè)量中，主要運(yùn)用了放樣測(cè)量的方法，這就極大的提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，同時(shí)還要確定控制網(wǎng)、基準(zhǔn)站和計(jì)算方式，以減少測(cè)量中產(chǎn)生的誤差，提高測(cè)量效率。在測(cè)量中，需要首先根據(jù)VB程序計(jì)算的坐標(biāo)放樣點(diǎn)，并且保存后將數(shù)據(jù)輸人已經(jīng)建立坐標(biāo)放樣的RTK中，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置，并且做好放樣點(diǎn)以及測(cè)量的參數(shù)轉(zhuǎn)換在放樣的過程中，移動(dòng)站必須嚴(yán)格劇種整平，并且采取平滑數(shù)據(jù)分析以及測(cè)量測(cè)量幾何尺寸的方式檢驗(yàn)放樣誤差。

4.4 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)的定位分析

基準(zhǔn)定位也是根據(jù)其動(dòng)態(tài)定位測(cè)量的技術(shù)作為一個(gè)重要的基礎(chǔ)。在完成初始化后流動(dòng)站的接收機(jī)一方面可以對(duì)每一個(gè)基準(zhǔn)站進(jìn)行同步數(shù)據(jù)的接收，在另外的一個(gè)方面則是可以根據(jù)其初始階段的采取數(shù)據(jù)的樣本，進(jìn)而能夠?qū)γ恳粋€(gè)觀測(cè)站進(jìn)行觀測(cè)解算。對(duì)于這種方法而言，主要是測(cè)量的速度比較快以及精確度高，能夠更好的適應(yīng)各種地形地質(zhì)圖的測(cè)繪工作。

4.5 平面控制網(wǎng)GPS靜態(tài)測(cè)量

平面控制網(wǎng)靜態(tài)測(cè)量是利用3臺(tái)GPS接收機(jī)對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行定位測(cè)量，在平面控制網(wǎng)靜態(tài)測(cè)量中利用GPS天線在靜止?fàn)顟B(tài)下對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的連續(xù)跟蹤觀測(cè)進(jìn)行定位，通過接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的變化來解算基線，利用已知點(diǎn)坐標(biāo)算出其余加密控制點(diǎn)坐標(biāo)。項(xiàng)目部根據(jù)設(shè)計(jì)提供的控制點(diǎn)，按照施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣的需求對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行加密，加密控制點(diǎn)布點(diǎn)沿路線一左一右交叉布置，位置應(yīng)該選擇在視野開闊、基礎(chǔ)穩(wěn)定的地方。平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)的等級(jí)根據(jù)工程項(xiàng)目中的結(jié)構(gòu)物等級(jí)來確定，如橋梁、隧道的等級(jí)。

4.6 RTK 工程測(cè)量成果的質(zhì)量控制

研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%，RTK比靜態(tài)GPS還多出一些誤差因素如數(shù)據(jù)鏈傳輸誤差等。因此，和GPS靜態(tài)測(cè)量相比，RTK 測(cè)量更容易出錯(cuò)，必須進(jìn)行質(zhì)量控制。(1)已知點(diǎn)檢核比較法。即在布測(cè)控制網(wǎng)時(shí)用靜態(tài)GPS或全站儀多測(cè)出一些控制點(diǎn)，然后用RTK測(cè)出這些控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核，發(fā)現(xiàn)問題即采取措施改正。(2)重測(cè)比較法。每次初始化成功后，先重測(cè)1～2個(gè)已測(cè)過的RTK點(diǎn)或高精度控制點(diǎn)，確認(rèn)無誤后才進(jìn)行RTK測(cè)量。

5 注意事項(xiàng)

在對(duì)公路工程進(jìn)行測(cè)量的過程中，若測(cè)量的位置處于V型的山谷底部以及樹木茂盛的地方，則流動(dòng)站所接收到的信號(hào)以及基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號(hào)不強(qiáng)，便會(huì)導(dǎo)致失鎖，點(diǎn)位的精度不高。為了避免這一問題出現(xiàn)，增強(qiáng)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的信號(hào)，可以將基準(zhǔn)站移動(dòng)到開闊的地方，提高測(cè)量精度。在采用RTK進(jìn)行公路工程測(cè)繪前，首先要掌握公路工程測(cè)繪的作業(yè)區(qū)域地理環(huán)境，并作星歷預(yù)報(bào)。如果作業(yè)區(qū)域在受衛(wèi)星以及電臺(tái)無線電傳輸制約的地方，需要注意的是，基準(zhǔn)站點(diǎn)位的選擇一定要嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范要求進(jìn)行，確保觀測(cè)到衛(wèi)星圖形強(qiáng)度以及數(shù)據(jù)鏈的傳輸。工作人員對(duì)觀測(cè)到的結(jié)果要進(jìn)行復(fù)核，避免差錯(cuò)。

綜上所述，隨著RTK技術(shù)的日趨成熟，必將更好地服務(wù)于城市測(cè)量。極大地方便了測(cè)量工作者的日常工作，隨著其技術(shù)的不斷進(jìn)步，必將給測(cè)量工程帶來更大的便利，其在測(cè)量中的應(yīng)用領(lǐng)域也將更為廣泛。

[1]黃玉波，張學(xué)萍，王剛.基于GPSRTK技術(shù)的公路工程測(cè)量[J].民營(yíng)科技，2016(06)：40.

[2]王永軍.高速公路測(cè)量中GPS技術(shù)的應(yīng)用[A].科技與企業(yè)雜志社、北京科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院、北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院.科技與企業(yè)——企業(yè)科技創(chuàng)新與管理學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集(上)[C].科技與企業(yè)雜志社、北京科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院、北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院：，2016：1.

[3]高永濤.GPSRTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2016(10)：8.

[4]馬躍.淺談GPS-RTK技術(shù)及其在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].民營(yíng)科技，2016(04)：192.

[5]張曉東，張敏.GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在園林綠化工程中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代園藝，2016(06)：183-184.

[6]湯嵩.淺談GPS-RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用[J].江西建材，2016(07)：182-183.

[7]邸躍峰.GPS技術(shù)在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用探討[J].科技視界，2016(04)：363.