GPS和RTK技術(shù)在市政施工中的應(yīng)用

張劍峰

摘 要：隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，GPS技術(shù)應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣，發(fā)揮的作用也越來(lái)越重要。市政施工受制于施工區(qū)域小、測(cè)量范圍廣，地形復(fù)雜，信息數(shù)據(jù)處理較多等因素影響，采用傳統(tǒng)的測(cè)量方式工作量大，數(shù)據(jù)處理難度較大。通過(guò)將GPS技術(shù)與RTK技術(shù)綜合運(yùn)用，可以有效提高市政工程的施工效率。本文就GPS-RTK技術(shù)在市政施工中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以為實(shí)際工作提供參考。

關(guān)鍵詞：GPS RTK 市政施工

近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)市政工程施工的要求和標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，市政工程在施工過(guò)程中對(duì)測(cè)量的精確度有了新的要求。因此，應(yīng)用新的工程測(cè)量技術(shù)成為提高市政工程施工質(zhì)量的重要保證?？紤]到市政工程測(cè)量的特點(diǎn)，利用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)可以打破傳統(tǒng)測(cè)量方法的局限性，更好地適應(yīng)現(xiàn)代化的要求，同時(shí)也給道路測(cè)繪領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了一場(chǎng)技術(shù)革命，具備的優(yōu)勢(shì)不可低估。

一、GPS-RTK技術(shù)基本原理

1.GPS技術(shù)

全球定位系統(tǒng)（GPS）的基本原理是根據(jù)無(wú)線電測(cè)距交匯原理，通過(guò)利用衛(wèi)星上的無(wú)線電發(fā)射裝置發(fā)射的定位信號(hào)，確定測(cè)量點(diǎn)的位置。GPS 擁有實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定時(shí)、定位功能，還具有連續(xù)性、全天候、全球性等特性，從而能夠更加精密地提供時(shí)間、三維坐標(biāo)、速度。GPS-RTK技術(shù)（GPS - real time kinematic），即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài) GPS 測(cè)量技術(shù)，以載波相位測(cè)量為依據(jù)，并把載波相位測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)完美結(jié)合起來(lái)。這種實(shí)時(shí)差分 GPS 測(cè)量技術(shù)，是 GPS 測(cè)量技術(shù)發(fā)展中一個(gè)新的重要突破。

2.實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)（RTK 測(cè)量技術(shù)），主要是由無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸鏈、一個(gè)基準(zhǔn)站和若干個(gè)流動(dòng)站等三大部分組成的，該測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用原理就是取一個(gè)點(diǎn)位精度相對(duì)較高的首級(jí)控制點(diǎn)當(dāng)作基準(zhǔn)點(diǎn)，在流動(dòng)站上設(shè)置一臺(tái)接收機(jī)當(dāng)作參考站，從而能夠?qū)πl(wèi)星連續(xù)性地作出監(jiān)測(cè)，并將接收于基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備根據(jù)相對(duì)定位的原理，在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出這些流動(dòng)站的測(cè)量精度和三維坐標(biāo)。

3.RTK 系統(tǒng)中的基準(zhǔn)站，一般情況下會(huì)選擇一個(gè)擁有地勢(shì)較高、視野開(kāi)闊等特性的已知控制點(diǎn)上進(jìn)行設(shè)置，它的功能就是連續(xù)性地跟蹤觀測(cè) GPS 衛(wèi)星，并將基準(zhǔn)站坐標(biāo)、載波觀測(cè)數(shù)據(jù)及偽距觀測(cè)值等通過(guò)無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸鏈實(shí)時(shí)地發(fā)送給各個(gè)流動(dòng)站。流動(dòng)站上的接收機(jī)不僅可以采集 GPS 觀察數(shù)據(jù)，還能夠接收基準(zhǔn)站傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)崟r(shí)處理在系統(tǒng)內(nèi)組成的差分觀測(cè)值，最后就可以得出來(lái)自基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的基線向量，如果用最后得出的基線向量再加上基準(zhǔn)站的坐標(biāo)就可以得到流動(dòng)站所有點(diǎn)的坐標(biāo)，再利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)原理，可以計(jì)算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)，精度能夠達(dá)到厘米級(jí)。

二、市政工程施工的特點(diǎn)

1.施工復(fù)雜程度高。市政工程建設(shè)需要在不同的區(qū)域、地理環(huán)境進(jìn)行，特別是很多時(shí)候需要人流比較密集、建筑物比較集中的環(huán)境展開(kāi)，而且因?yàn)槭艿刭|(zhì)環(huán)境、水文條件、氣候等自然因素的影響，因此在施工過(guò)程中需要協(xié)調(diào)環(huán)境與工程項(xiàng)目的關(guān)系，以促進(jìn)工程施工管理的發(fā)展。除了與自然環(huán)境相適應(yīng)之外，市政工程施工管理需要組織施工人員、建筑材料以及施工設(shè)備之間的管理。由于市政工程在施工的工程中，危險(xiǎn)性大、情況復(fù)雜、而且要消耗大量的人力物力，因此提高現(xiàn)場(chǎng)施工管理水平就顯得尤為迫切與需要。

2.施工作業(yè)難度較大

與其他類型的工程施工相比，市政工程在施工過(guò)程中存在很多不缺因素，涉及到路、橋、水、電、管道等多種因素的影響，作業(yè)難度較大。同時(shí)，在市政工程的施工中工作場(chǎng)地一般都很狹小，并且地下的管道線路也很繁多。市政工程建設(shè)的上述特征，致使市政工程的建設(shè)期間需要面對(duì)很多突發(fā)意外。附近條件、地下管網(wǎng)和材料質(zhì)量都會(huì)對(duì)市政工程的建設(shè)產(chǎn)生不利的影響。也有許多外在因素比如：施工原材料的緊俏程度、質(zhì)量?jī)r(jià)格、以及承建單位的技術(shù)能力的考察、原材料的供貨渠道是否暢通等。且市政施工工程作業(yè)涉及工程改造，整治、項(xiàng)目維護(hù)涵蓋建設(shè)點(diǎn)多、面廣有純?nèi)斯び袡C(jī)械作業(yè)加人工作業(yè)等安全生產(chǎn)極為困難，稍有不慎就會(huì)造成人身傷害。因此.市政工程施工作業(yè)難度極大.安全生產(chǎn)管理方面的問(wèn)題難度必然加大。

3.施工作業(yè)管理涉及面較廣

城市建設(shè)離不開(kāi)市政工程.而市政施工涉及到建設(shè)項(xiàng)目點(diǎn)多面廣、施工場(chǎng)所變化多端，譬如，立交橋、轉(zhuǎn)盤路、排水洞等等項(xiàng)目施工有的工期長(zhǎng)、有的屬于季節(jié)性，修補(bǔ)工程、改善項(xiàng)目、新設(shè)場(chǎng)地，施工工作形式多樣、工序繁雜給安全生產(chǎn)管理帶來(lái)諸多不便。且施工人員多為農(nóng)村的打工人員其流動(dòng)性強(qiáng)，不具有施工安全保護(hù)方面的能力，安全意識(shí)也不夠。施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜如：露天工程、地下作業(yè)，受交通、氣候的影響較重，更給市政施工工程的管理工作帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。

三、GPS-RTK技術(shù)在市政工程施工中的應(yīng)用

1. 地形測(cè)量

由于RTK測(cè)量隨時(shí)都能顯示當(dāng)前位置的三維坐標(biāo)，因此可利用GPS-RTK來(lái)測(cè)量地形地物點(diǎn)，并記錄該點(diǎn)的序號(hào)和特征值，內(nèi)業(yè)采用數(shù)字化成圖軟件，實(shí)際作業(yè)中對(duì)獨(dú)立地物的測(cè)量序號(hào)應(yīng)盡量連續(xù)，如測(cè)量房屋，應(yīng)圍繞房角至少測(cè)2個(gè)（對(duì)角線）或3個(gè)點(diǎn)，測(cè)量池塘要連續(xù)測(cè)完，并注明從xx～xx詳細(xì)代為何地物，和現(xiàn)場(chǎng)勾畫草圖且標(biāo)明施測(cè)點(diǎn)序號(hào)。外業(yè)結(jié)束后，再根據(jù)草圖繪制地形圖。由于采取勾繪草圖與清繪為同一個(gè)人，對(duì)自己所測(cè)過(guò)的點(diǎn)都十分清楚，若記不清時(shí)，應(yīng)在第二天去實(shí)地核查，這樣就容易把一天所測(cè)的地形地物進(jìn)行內(nèi)業(yè)成圖。

2. 工程控制點(diǎn)測(cè)量。由于是屬于市政一般道路工程，可采用GPS RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，即可滿足要求。這種方法在測(cè)量過(guò)程中能夠?qū)崟r(shí)獲得定位精度，即可停止觀測(cè)，大大提高了作業(yè)效率。由于RTK控制點(diǎn)之間不要求必須通視，使的野外控制點(diǎn)測(cè)量更簡(jiǎn)單方便。由于GPS-RTK定位的數(shù)據(jù)處理過(guò)程屬于計(jì)算基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間基線向量（坐標(biāo)差）的過(guò)程，不存在網(wǎng)平差處理，所以精度平定跟靜態(tài)測(cè)量基線處理的精度評(píng)定相似。一般使用指標(biāo)為：①載波相位的整周模糊度是否固定，GPS-RTK測(cè)量?jī)x器的標(biāo)稱范圍，一般規(guī)定移動(dòng)站距基準(zhǔn)站的距離不能超過(guò)15 km，因?yàn)樵?5km之內(nèi)RTK數(shù)據(jù)處理的載波相位整周模糊度能夠得到固定解，這樣定位精度才能達(dá)到厘米級(jí)；②均方根（RMS），RMS在這里表示RTK定位點(diǎn)的觀測(cè)值精度，是包括約70%的定位數(shù)據(jù)的誤差圓半徑，根據(jù)實(shí)際情況，在城市測(cè)量實(shí)際作業(yè)中，一般把基準(zhǔn)站與移動(dòng)站的距離控制在6 km之內(nèi)。只有點(diǎn)位觀測(cè)值精度達(dá)到要求時(shí)，載波相位的整周模糊度才能得到固定解，坐標(biāo)精度才能滿足精度要求。一般使用平面和高程兩種均方根：①平面均方根HRMS，表示平面坐標(biāo)的定位精度；②高程均方根VRMS，表示高程坐標(biāo)的定位精度。endprint

3.在管線紅線放樣中的應(yīng)用

隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作逐漸成為人們關(guān)注的主要對(duì)象。社會(huì)發(fā)展中的各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展水平，對(duì)城市建設(shè)工作起到了至關(guān)重要的作用。其中市政工程的放樣工作對(duì)于技術(shù)的要求更高。不僅需要進(jìn)行精準(zhǔn)地測(cè)定，還需要提升建設(shè)工作的速度和效率。實(shí)際的工程放樣需要依靠硬件和軟件的共同作用，比如，在RTK手簿程序中輸入所施測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后根據(jù)實(shí)際方位走向到達(dá)輸入點(diǎn)位坐標(biāo)的位置，到此放樣完成。從其發(fā)展趨勢(shì)上可以看出，技術(shù)類型逐漸朝著智能化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。在應(yīng)用相關(guān)軟件的過(guò)程中，需要以數(shù)字化的測(cè)繪產(chǎn)品作為支撐。同時(shí)建立科學(xué)規(guī)范的數(shù)據(jù)鏈，還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的傳遞，進(jìn)而提升測(cè)量的準(zhǔn)確性。

但是在實(shí)際的應(yīng)用中，管線的紅線放樣技術(shù)也會(huì)受到諸多因素的影響，因此，工作人員需要對(duì)測(cè)量的設(shè)備和技術(shù)加強(qiáng)重視。在作業(yè)難度相對(duì)較大的情況下，不得不應(yīng)用到GPS技術(shù)，這樣可以有效的提升工作的準(zhǔn)確性。在實(shí)際的工程測(cè)量中，采用RTK技術(shù)已經(jīng)成為一種普遍的趨勢(shì)，這種技術(shù)是對(duì)GPS技術(shù)的補(bǔ)充。這是一種典型的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)到GPS技術(shù)所涉及不到的死角，具有較為廣闊地發(fā)展前景。

四、測(cè)量誤差的處理

RTK測(cè)量的誤差一般可分為兩類，包括與測(cè)量站有關(guān)的誤差和與距離有關(guān)的誤差。天線相位變化、多徑誤差、信號(hào)干擾以及氣象因素等是與測(cè)量站有關(guān)的誤差。軌道誤差、電離層誤差和對(duì)流層誤差是與距離有關(guān)的誤差。在RTK作業(yè)前，在測(cè)區(qū)布設(shè)一定數(shù)量的靜態(tài)GPS控制點(diǎn)，與高一級(jí)的GPS點(diǎn)聯(lián)測(cè)，獲得這些GPS控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，并根據(jù)測(cè)區(qū)大小，選取3個(gè)以上且分布均勻的GPS控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，直接利用GPS控制器內(nèi)置的實(shí)時(shí)處理軟件或后處理軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

如具備或能獲取測(cè)區(qū)內(nèi)原有GPS控制點(diǎn)的成果和資料，可選取測(cè)區(qū)內(nèi)三個(gè)以上具有WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)的已知控制點(diǎn)作基準(zhǔn)點(diǎn)，直接利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

五、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，使市政工程施工的效率、質(zhì)量等得到大幅提升。GPS-RTK技術(shù)可以有效提高施工的整體性，降低工程施工中因測(cè)量出現(xiàn)問(wèn)題的幾率，具有更強(qiáng)的實(shí)用性和更加廣闊的發(fā)展空間。

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