GPS-RTK技術(shù)在公路中線測量中的應(yīng)用

李 超（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院，山西 太原 030000）

1 引 言

隨著我國公路工程項(xiàng)目的增多，我國很多測量技術(shù)也都取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，以往公路中線測量都是采用全站儀進(jìn)行，近年來，我國的經(jīng)濟(jì)和科技都在不斷進(jìn)步，全站儀測量已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的公路工程設(shè)計(jì)和施工測量要求。GPS-RTK技術(shù)在應(yīng)用到公路中線測量中后，給公路工程測量帶來了巨大的改變，尤其是GPS-RTK定位技術(shù)的使用，不僅提高了公路中線測量效率還大大提高了測量數(shù)據(jù)結(jié)果的精確度，提高了公路工程設(shè)計(jì)的精度，也有效的提升了公路工程的施工質(zhì)量，為我國公路事業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了非常大的價(jià)值，對我國今后的公路發(fā)展具有重要意義。

2 GPS-RTK在公路中線測量中的作業(yè)模式

第一，給所在公路工程建立GPS平面控制網(wǎng)，確定測量范圍后，使用GPS靜態(tài)測量的方法進(jìn)行測區(qū)的控制網(wǎng)布設(shè)。相鄰控制點(diǎn)之間的點(diǎn)位間距控制在4公里以內(nèi)，同時(shí)和國家控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，這樣可以大幅度提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。公路工程最大的特點(diǎn)就是公路的里程比較長，但是寬度卻是有限的，而公路的地形也是不斷的在發(fā)生變化，線路的走向和形變等因素都會(huì)隨著發(fā)生改變，因此，在進(jìn)行公路工程中線測量時(shí)要盡可能的縮小長度變形。

第二，轉(zhuǎn)換參數(shù)的設(shè)置,選擇控制網(wǎng)中已知的WGS-84和地方獨(dú)立網(wǎng)格坐標(biāo)以及高程的公共點(diǎn),求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。從RTK定位原理可知,GPS定位結(jié)果是點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系的幾何位置,要想流動(dòng)站得到精確的國家或地方坐標(biāo)和高程,一要在基準(zhǔn)站輸入WGS-84系坐標(biāo),二要在流動(dòng)站輸入WGS-84坐標(biāo)系與國家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。在GPS高程轉(zhuǎn)換過程中若是利用所有點(diǎn)建立統(tǒng)一的擬合公式于整個(gè)測區(qū),由于線路在某個(gè)方向上伸展的范圍較大,其高程異常的變化也就復(fù)雜得多,因此整體擬合的精度都不會(huì)很高。求解轉(zhuǎn)換參數(shù)應(yīng)分段進(jìn)行,測段長度應(yīng)控制在20KM以內(nèi)，相鄰兩個(gè)測段間應(yīng)至少有兩個(gè)公共控制點(diǎn)參與各自測段的計(jì)算。轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算完成后,已知控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)殘差應(yīng)小于10mm，高程殘差小于20mm。

第三，在進(jìn)行公路中線測量時(shí)，最好是選擇在天氣晴朗的時(shí)候進(jìn)行，在進(jìn)行測量之前可以查詢一下衛(wèi)星可見預(yù)報(bào)等，在衛(wèi)星的分布越好的天氣內(nèi)進(jìn)行測量，就可以得到更加準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)，避免測量數(shù)據(jù)精度不達(dá)標(biāo)造成返工。

第四，公路中線測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作根據(jù)外業(yè)測量需要進(jìn)行設(shè)定。首先將公路中線的樁號(hào)、角度、半徑等線路參數(shù)直接輸入到道路編輯軟件中進(jìn)行編輯，生成公路中線線位之后，將相應(yīng)的樁的坐標(biāo)和數(shù)據(jù)的格式導(dǎo)入到流動(dòng)站手簿中?，F(xiàn)場利用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行公路中線放樣，在進(jìn)行外業(yè)測量中也可以實(shí)時(shí)的顯示測量樁號(hào)和測量結(jié)果的偏差。這樣就可以給公路中線測量作業(yè)提供非常大的便利。

第五，在進(jìn)行公路中線外業(yè)測量時(shí)，工作人員要將基準(zhǔn)站架設(shè)在該公路工程的控制點(diǎn)上，在儀器開機(jī)之后，要對儀器進(jìn)行準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)置，確保儀器的所有測量參數(shù)都能夠符合工程的實(shí)際需要。流動(dòng)站的工作人員在儀器設(shè)備開機(jī)之后也需要對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，輸入正確的轉(zhuǎn)換參數(shù)等，在這些步驟完成之后，流動(dòng)站需對與基準(zhǔn)站不同的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核控制點(diǎn)平面較差應(yīng)小于10mm，高程較差應(yīng)小于40mm，精度滿足要求時(shí)才能夠開始進(jìn)行公路中線測量工作，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，在進(jìn)行公路中線測量時(shí)要保證測量小組最少為5人，主要負(fù)責(zé)基準(zhǔn)站操作、流動(dòng)站操作、記錄、打樁等。

3 GPS-RTK正常工作的基本條件

想要確保GPS-RTK技術(shù)能夠正常的在公路中線測量中應(yīng)用，必須要滿足以下條件。第一，確保公路中線測量時(shí)的流動(dòng)站和基準(zhǔn)站能夠同時(shí)接收到4顆以上的GPS信號(hào)。第二，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站在同時(shí)能夠接收到衛(wèi)星信號(hào)時(shí)還要確保移動(dòng)站能夠接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號(hào)。

4 GPS- RTK的精度

目前的GPS-RTK技術(shù)在進(jìn)行測量時(shí)都是采用求差法，這種方法降低了載波相位測量改正后的殘余誤差及接收機(jī)誤差和衛(wèi)星改正后的殘余誤差等因素的影響，能夠確保測量時(shí)的精度達(dá)到厘米，通常情況下，系統(tǒng)標(biāo)稱平面精度為10mm+2ppm,高程精度為20mm+2ppm。第一，RTK的平面精度。（1）測量的數(shù)據(jù)鏈信號(hào)接收范圍為15公里，但是采用RTK測量時(shí),在 4公里的范圍內(nèi)顯示出比較高的數(shù)據(jù)精度，4公里外數(shù)據(jù)精度就無法得到有效的保證，而且測量出現(xiàn)的誤差也是比較明顯的。（2）GPS-RTK在測量時(shí)接收到的衛(wèi)星信號(hào)數(shù)目越少時(shí)，測量結(jié)果的精確度就會(huì)越低，出現(xiàn)的誤差幾率也會(huì)增加，只有在接收的衛(wèi)星信號(hào)為五顆以上時(shí)，才能夠達(dá)到儀器的標(biāo)稱度數(shù)。第二，GPS-RTK的高程精度。（1）采用GPS-RTK技術(shù)測量高度時(shí)，當(dāng)VDOP＜2時(shí)，采用儀器測量出的結(jié)果是精確度最佳的，如果VDOP＞4時(shí)，測量時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一定程度的誤差，但是，即使是在這種情況下進(jìn)行測量時(shí)，測量出的結(jié)果也是能夠達(dá)到儀器標(biāo)稱精度的，因此，衛(wèi)星信號(hào)的分布對于高程精度的影響不是很大。（2）如果在采用RTK技術(shù)進(jìn)行測量時(shí)的接收信號(hào)數(shù)目超過了6顆，測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差不會(huì)發(fā)生明顯的變化，如果是5顆，測量的結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)差就會(huì)比較明顯的增大，但是也是處于標(biāo)稱精度之內(nèi)。（3）通過對上述的分析可以得出，只要在測量時(shí)的信號(hào)接收程度為5顆，并且VDOP＜4的情況下，GPS-RTK技術(shù)就可以得出非常精確的測量結(jié)果。

5 GPS- RTK 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用到公路中線測量中有很多的優(yōu)點(diǎn)。第一，GPS-RTK技術(shù)可以在無需通視的情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，并且可以做到遠(yuǎn)距離情況下對三維坐標(biāo)進(jìn)行傳輸，并可以有效的提升傳輸?shù)男?。第二，采用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行公路中線測量時(shí)可以節(jié)約大量的人力，對于數(shù)據(jù)的記錄也可以不采用手工記錄，這樣就可以大大縮小因手工記錄的偏差而造成的數(shù)據(jù)不精確。RTK技術(shù)在進(jìn)行測量時(shí)只需要由一個(gè)工作人員就可以完成所有的測量工作，節(jié)省了大量的人力資源。第三，GPS-RTK技術(shù)的測量精確度比較高，而且在采用這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行測量時(shí)可以避免誤差的積累，以往的測量方式都是由人工記錄的，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的測算時(shí)就會(huì)出現(xiàn)誤差的積累，而GPS-RTK技術(shù)的誤差是隨機(jī)產(chǎn)生的，這樣定位精度也就有了大幅度提高。第四，GPS-RTK技術(shù)的測量結(jié)果顯示比較快，在測量人員完成所有的測量工作離開測量場地時(shí)就可以知道測量的數(shù)據(jù)是否滿足要求，相比于傳統(tǒng)的方式更加的快捷。第五，GPS-RTK技術(shù)在進(jìn)行測量時(shí)只要確保接收裝置的性能穩(wěn)定，就可以隨時(shí)進(jìn)行工作，另外，還可以對測量的儀器進(jìn)行一定的改進(jìn)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)快速靜態(tài)定位等。第六，GPS-RTK技術(shù)在測量完成之后可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)，這樣就可以方便于后期的數(shù)據(jù)整理和計(jì)算。

6 結(jié) 語

將GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用到公路中線測量中后，有效提升了測量數(shù)據(jù)的精確性，使得流動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間的測量工作更加的省時(shí)和方便，無需再進(jìn)行站點(diǎn)之間的通視，所有的聯(lián)系都是建立在無線電波的基礎(chǔ)上，節(jié)省了大量的時(shí)間，提升了工作的效率。對于流動(dòng)站的工作人員來說，采用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行公路中線測量時(shí)可以依照儀器的指示進(jìn)行樁號(hào)位置的尋找和測量，大大減輕了流動(dòng)站工作人員的工作強(qiáng)度，不僅提高了測量準(zhǔn)確性還減輕了工作強(qiáng)度。另外，GPS-RTK技術(shù)還可以有效的對公路工程形變進(jìn)行測量，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)施工中的問題。隨著科技的進(jìn)步，GPS-RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用也必將會(huì)更加的廣泛，為我國公路事業(yè)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。