RTK技術(shù)在土木工程施工中的應用

徐 隆

（杭州高級中學，杭州 310006）

1 引言

土木工程作為傳統(tǒng)的工程行業(yè)領域，在力學等理論體系上已經(jīng)十分完備，在施工等技術(shù)手段上已經(jīng)接近完善。而高精度高效率全天候的RTK測量技術(shù)在土木工程施工領域中的實際應用，是一個切實的著力點。

2 RTK定位測量技術(shù)

2.1 RTK測量原理

RTK（Real-Time Kinematic，實時動態(tài)定位）衛(wèi)星導航定位技術(shù)，是基于載波相位觀測的實時動態(tài)定位技術(shù)，能夠?qū)崟r快速地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，是在獲取全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）位置數(shù)據(jù)的基礎上，提高定位精度的技術(shù)。它使用信號載波相位的測量，而不是信號的信息內(nèi)容，并依靠單個參考站或內(nèi)插虛擬站提供實時校正，從而提供厘米級精度。特別是參考GPS，該系統(tǒng)通常被稱為載波相位增強（CPGPS）。相較于差分GPS靜態(tài)測量模式在測點測量幾小時甚至幾十小時，RTK模式工作效率更高。

2.2 RTK系統(tǒng)的構(gòu)成

RTK系統(tǒng)由基準站、流動站、無線電通信系統(tǒng)三個主要部分構(gòu)成?；鶞收竞w了RTK接收機、RTK天線基準站控制器、電源（為無線電臺和RTK接收機提供能量）以及無線電通信發(fā)射系統(tǒng)等；流動站包含了RTK接收機、RTK天線、電源、流動站控制器以及無線電通信接聽系統(tǒng)等。

2.3 RTK遵循的原則

RTK是起源于20世紀90年代中期的差分GNSS技術(shù)，其在基站附近提供高性能定位。從架構(gòu)的角度來看，RTK由一個基站，一個或幾個流動站用戶以及一個通信通道組成，通過這個通信通道實時向用戶廣播信息。該技術(shù)基于以下高級原則：

（1）在干凈的天空附近，GNSS信號處理中的主要誤差是恒定的，因此當使用差分處理時它們抵消。這包括衛(wèi)星時鐘偏差，衛(wèi)星軌道誤差，電離層延遲和對流層延遲的誤差。（2）載波測量的噪聲遠小于偽碼測量的噪聲。然而，載波測量的處理受到所謂的載波相位模糊度的影響，載波相位模糊度是載波長度的未知整數(shù)倍，為了重建載波相位的全范圍測量，需要對其進行修正。（3）對于兩個接近的接收機的雙頻差分測量，可以固定相位模糊度。（4）基站廣播其所熟知的位置，以及頻率L1和L2處的代碼和載波測量值，用于所有可見衛(wèi)星。有了這些信息，流動站設備就能夠確定相位模糊，并以高精度確定相對于基座的位置。通過將基地的位置相加，漫游車被定位在全球坐標框架中。（5）RTK技術(shù)可以用于高達10或20km的距離，可以在流動站位置產(chǎn)生幾厘米的精度。

2.4 RTK的優(yōu)點

在土木工程測量中，RTK測量技術(shù)比其他測量方式更為優(yōu)越。RTK在測量中所的優(yōu)點有：定位精度高，作業(yè)效率高，測站點無須通視，自動化程度高。

2.5 RTK與傳統(tǒng)GPS測量的比較

RTK相對于GPS單基線靜態(tài)測量具有快速測量、精度更高的優(yōu)勢。以廣西馱英水庫為例，分別獲取了靜態(tài)測量（約1天）、GPS單基線靜態(tài)測量（單次至少1小時）和RTK測量（單次至少5秒），并分別觀測了TY16，進行了對比檢驗，見表1。

表1 比較結(jié)果

由表1可知，以靜態(tài)測量結(jié)果為基準，在測量時間更短的基礎上，RTK精度也更加高，在工程應用中優(yōu)勢十分明顯。

3 RTK測量技術(shù)在建筑施工中的應用

RTK測量技術(shù)在建筑施工中的應用主要是建筑控制測量。控制測量是建筑工程建設、運營和維護等三項過程的基本內(nèi)容，而工程項目的屬性及規(guī)模大小決定了所需構(gòu)造出的控制網(wǎng)的精確度和網(wǎng)型結(jié)構(gòu)要求。大部分在地面的是城市一、二、三級控制網(wǎng)，主要是由于城市控制網(wǎng)具有使用頻繁、面積大、精度高等特點。但是，隨著城市快速發(fā)展，城市基礎建設越來越頻繁，基礎控制點、線很容易遭到嚴重的破壞，從而導致正在進行的工程測量的進度受到拖累等影響。一般的工程控制網(wǎng)具有大點位密度、小覆蓋面積及高精度要求等特點。以導線測量為例，為了減小誤差、精度不均勻的情況，也為了避免耗時耗工，邊角網(wǎng)的控制測量方法規(guī)定需要分段測量，同時要求點與點之間互相通視。

將RTK測量技術(shù)運用到建筑施工中，不僅操作上比傳統(tǒng)測量方法簡便，而且可以將測量精度確保提高到毫米級?；赗TK測量技術(shù)，只需在測區(qū)或測區(qū)附近的高精度控制點布設控制基準站。此時有一個問題，就是如果直接使用流動站測量各個控制點的平面和高程坐標，那么就相對難以架設基站控制點。為解決這個問題，可以采用間接的方式進行測量，比如手簿提供的交會法等，從而大大提高將工作效率。

4 RTK技術(shù)在橋梁施工中的應用

RTK技術(shù)在橋梁施工過程中的應用，主要體現(xiàn)在ü該測量技術(shù)主要用于構(gòu)建控制網(wǎng)及施工放樣處理中。RTK測量技術(shù)能獲取控制點的實時高精度三維定位信息。對于高程測量以及跨河水準測量，RTK技術(shù)能夠保證所獲取的定位數(shù)據(jù)的準確性、及時性、可靠性，對于橋梁工程的施工十分有效地提升了了施工質(zhì)量。在進行橋梁施工時，要對點大地高進行轉(zhuǎn)換，需要準確地獲得觀測站點的高程異常值，從而有效地控制高程。在橋梁使用過程中，還可以通過RTK技術(shù)，動態(tài)精密監(jiān)測橋梁變形，及時發(fā)現(xiàn)任何不穩(wěn)定的變化，從而確保橋梁的安全運行。

其中一個很好的例子是滬昆杭長高鐵沿線的特大橋梁兩座。在施工期間，采用RTK測量施工方法，極大地簡化了施工測量操作程序，加快了施工進度、節(jié)省施工時間，減少了所需工程測量人員，滿足施工精度要求。其主要原因，是很好地利用了RTK技術(shù)操作過程中 比例尺 的優(yōu)點。

5 RTK技術(shù)在大壩形變監(jiān)測中的應用

RTK技術(shù)在大壩形變檢測中具有重要應用。大壩建造施工屬于土木工程中的水利類工程，在施工過程中會出現(xiàn)很多難題，比如跨流域、水流檢測等問題，會對大壩的施工穩(wěn)定性與質(zhì)量造成嚴重的不利影響。因此，在大壩變形監(jiān)測方面增強工作，能極大地提高大壩施工完成質(zhì)量與效率。RTK測量技術(shù)的監(jiān)測精度高、抗干擾能力比較強，能很好地提高大壩形變監(jiān)測精度。另一方面，水庫大壩在大型施工過程中，會在周邊修建一些永久或臨時的邊坡工程，為的是確保工程穩(wěn)定運行并方便維護。對于這些關(guān)鍵的邊坡工程構(gòu)筑物，必須要做好及時的變形監(jiān)測與預測，防止出現(xiàn)突發(fā)性的崩裂問題，影響水庫大壩穩(wěn)定性，對周圍生態(tài)環(huán)境的安全性造成不良影響。主要方法就是依據(jù)理論上邊坡工程的變形規(guī)律與實際上邊坡工程的發(fā)展趨勢來進行工程鞏固，保證工程構(gòu)筑體的穩(wěn)定與安全運行。通常大壩變形體的動態(tài)唯一信息，主要是利用RTK實時定位技術(shù)來實時監(jiān)測獲取，進而分析數(shù)據(jù)-預測變形規(guī)律-適時預警變形體的具體安危狀況。監(jiān)測的主要內(nèi)容按照處理順序，包括三個方面：監(jiān)測獲取大壩變形體精度指標；確定并實施監(jiān)測技術(shù)與方法；處理分析監(jiān)測數(shù)據(jù)并對診斷預警的大壩安全狀況。

以湖北隔水巖水庫為例，其大壩屬于于重力拱壩，大壩在建成使用過程中，采用RTK測量技術(shù)進行變形監(jiān)測：將已有的一級和二級GPS點作為已知數(shù)據(jù)，用RTK接收機觀測，每個點測三次，觀測時把移動站用金屬三腳架固定整平對準。針對某些細小周跳易被系統(tǒng)誤差或噪聲所掩蓋的特點，采用小波變換對周跳信號的特征效果進行處理，將系統(tǒng)誤差和偶然誤差區(qū)分來觀測數(shù)據(jù)變化。由于RTK技術(shù)的數(shù)據(jù)分析處理能力很高，能在第一時間內(nèi)反饋出大壩超高蓄水變形的信息，有效地減少了災害的發(fā)生。可見，將RTK測量技術(shù)應用在大壩變形監(jiān)測中，能有效地提高大壩運行安全水平。

水庫大壩工程體具有結(jié)構(gòu)精密與巨型的特點，為其確保穩(wěn)定性，必須進行監(jiān)測以掌握實時數(shù)據(jù)。因此所采用的RTK技術(shù)可以對水壩進行有效實時動態(tài)監(jiān)測，構(gòu)建實時數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)高精度的監(jiān)測?？紤]到壩頂監(jiān)測是中國目前對水庫大壩所采用的主要監(jiān)測方式，既能夠做到長序列自動監(jiān)測，又滿足了RTK對天頂角即的信號開闊要求，做到連續(xù)長期穩(wěn)定獲取大壩運行的健康狀態(tài)信息，是大壩常規(guī)監(jiān)測基礎上的關(guān)鍵增強技術(shù)補充。

6 結(jié)束語

本文重點闡述了RTK測量技術(shù)，并對其在土木工程的三個施工領域的應用做了總結(jié)與分析，可見RTK技術(shù)對土木工程各個行業(yè)的施工質(zhì)量與施工效率有著很大的提升，也是新技術(shù)與傳統(tǒng)工程領域的一次成功的交叉結(jié)合。

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