GPS-RTK技術(shù)在高速公路測量中的應(yīng)用

文／南昌市公路勘察設(shè)計院 陳曉 陳超

關(guān)鍵字：GPS-RTK；全站儀；公路測量

1 GPS-RTK技術(shù)的定位模式

1.1 快速靜態(tài)定位模式

快速靜態(tài)定位模式，是指在不移動的狀態(tài)下進(jìn)行觀測，利用接收設(shè)備在固定測量點(diǎn)，通過衛(wèi)星傳輸GPS信號，實(shí)時定位各種坐標(biāo)，這種方法測量精確度高。相對于傳統(tǒng)全站儀測量法，會時刻受到各種外部環(huán)境影響，一旦遇到特殊情況，根本無法完成測量工作。RTK技術(shù)在這方面優(yōu)勢明顯，可以用更短時間，完成更多的測量工作。這些情況說明，在實(shí)際的公路測量中，運(yùn)用RTK快速靜態(tài)定位模式，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)全站儀測量的不足，這種方法已經(jīng)成為當(dāng)前測量應(yīng)用的主流[1]。

1.2 動態(tài)定位模式

動態(tài)定位并不是從一開始就在運(yùn)動狀態(tài)下進(jìn)行測量，測量前必須做好準(zhǔn)備工作，首先在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行測量，完成準(zhǔn)備工作，然后在運(yùn)動狀態(tài)下按照事先設(shè)計好的方式運(yùn)行。此外，新設(shè)備可以自動檢測各種數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)信息，第一時間得出檢測點(diǎn)的具體位置信息。此外，相關(guān)研究表明，測量工作的精度已經(jīng)達(dá)到極高水平，這給測量工作帶來了極大便利。動態(tài)測量對于公路測量有著非常重要的作用，只有深度挖掘這一技術(shù)的各項潛力，才能更好地完成公路的各種測量工作。相對于使用傳統(tǒng)全站儀進(jìn)行測量來說，這種方法不需要進(jìn)行通視，優(yōu)勢明顯。

2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 提高了作業(yè)效率

運(yùn)用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行測量時，并不需要準(zhǔn)備很多站點(diǎn)，而且這些站點(diǎn)也不需頻繁地進(jìn)行轉(zhuǎn)移，一個站點(diǎn)可以覆蓋的范圍較廣，半徑達(dá)到十公里以上。因為覆蓋范圍較大，使得轉(zhuǎn)移站點(diǎn)的頻率降低，這樣大大縮減了測量時間，節(jié)省了人力資源和成本，相對于全站儀測量法，每組需要的人手可以減少兩個人。這種方法在山區(qū)公路的建設(shè)中發(fā)揮著巨大作用，擁有傳統(tǒng)測量法無法替代的優(yōu)勢，大大減少了很多野外工作量，節(jié)約了體力和時間。

2.2 定位更加準(zhǔn)確

RTK在不同點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)都是自成一格的，前后測量工作數(shù)據(jù)并不互通，且并不相互串聯(lián)，所以不會因為前面數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致之后數(shù)據(jù)出現(xiàn)同樣錯誤，這樣可以有效地把誤差控制在一個范圍內(nèi)，便于查漏糾錯。RTK測量技術(shù)在覆蓋范圍內(nèi)，無論是縱向或者橫向，都可以達(dá)到非常高的測量精度[2]。

2.3 測量站點(diǎn)之間不需通視

GPS-RTK測量技術(shù)完全可以利用電磁波進(jìn)行信息傳輸，幾乎可以完全不受各種野外地質(zhì)條件的限制，在選擇測量點(diǎn)時需要考慮的因素相對較少，選址范圍更加寬廣，可以更快速的建站，而且24小時都可以不間斷的進(jìn)行測量。

3 GPS-RTK技術(shù)在高速公路測量中的應(yīng)用

某地區(qū)規(guī)劃新建一條高等級公路，需對走向范圍內(nèi)地形、地物進(jìn)行修測，根據(jù)項目特點(diǎn)擬定項目測量工作步驟如下：

3.1 總體方案與技術(shù)路線

收集已有的1∶2000、1∶10000地形圖資料，分析資料坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)、現(xiàn)勢性等是否滿足需求，并明確資料的利用方案。收集已有的數(shù)字正射影像資料，分析資料坐標(biāo)系統(tǒng)、高程基準(zhǔn)、現(xiàn)勢性等是否滿足需求，并明確資料的利用方案。收集已有的基礎(chǔ)控制資料，用于帶狀地形圖的更新與測繪。收集擬建道路走向范圍的專題資料，用于帶狀地形圖測繪范圍的確定、專題信息的提取等。對于某省衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)服務(wù)平臺（SCCORS）信號覆蓋的測區(qū)，可采用CORS信號直接發(fā)展圖根進(jìn)行控制測量。對于無（SCCORS）信號覆蓋測圖區(qū)域，需布測基本控制網(wǎng)，基礎(chǔ)控制點(diǎn)布設(shè)數(shù)量須≥3點(diǎn)，并和高等級控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測。

3.2 控制測量

首先是布網(wǎng)要求，E級GPS網(wǎng)要求相鄰控制點(diǎn)平均距離為3km，沿山脊每1.5公里不低于2個施工控制點(diǎn)[3]。E級控制網(wǎng)可采用邊連式與網(wǎng)連式相結(jié)合的聯(lián)測形式，網(wǎng)中不允許出現(xiàn)自由基線。控制網(wǎng)中最簡異步環(huán)或附合線路的邊數(shù)不得大于8條。其次是選點(diǎn)要求，GPS點(diǎn)周圍應(yīng)視野開闊，視場內(nèi)障礙物高度不宜超過15m，距離強(qiáng)發(fā)射源不小于200m，距離高壓線和微波無線電傳送通道不小于50m，避開強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號等大型建筑物。所有點(diǎn)的埋設(shè)均應(yīng)有利于長期保存，交通方便。控制點(diǎn)應(yīng)便于發(fā)現(xiàn)與尋找，所有點(diǎn)位必須觀測方便。接著是標(biāo)石規(guī)格和埋石，預(yù)制混凝土標(biāo)石，標(biāo)石上底200mm×200mm、下底400mm×400mm、高400mm；點(diǎn)標(biāo)芯采用Φ20mm，長200mm帶鉤鋼筋，上鋸“十”字標(biāo)芯露出標(biāo)石面5mm，標(biāo)芯要安置在標(biāo)石中心；混凝土選用C20號，表面平滑；挖好坑后，下方夯實(shí)，再下放標(biāo)石，最后回填土并進(jìn)行夯實(shí)至封口。埋石時使字頭向正北。最后是GPS測量要求，包括主要技術(shù)要求、觀測要求、檢查觀測數(shù)據(jù)、計算網(wǎng)平差以及分析結(jié)果精度。

3.3 高程控制測量

高程控制測量滿足四等水準(zhǔn)測量精度要求，全區(qū)高程控制點(diǎn)與平面控制點(diǎn)共用。測區(qū)已知水準(zhǔn)點(diǎn)稀少且距測區(qū)很遠(yuǎn)，不適合進(jìn)行水準(zhǔn)測量，如采用常規(guī)水準(zhǔn)測量難以保證高程測量的精度。故本項目的高程控制測量采用基于高精度似大地水準(zhǔn)面模型GPS高程測量的新技術(shù)進(jìn)行施測。基于高精度似大地水準(zhǔn)面模型GPS高程測量的原理為：似大地水準(zhǔn)面到地球橢球面的距離稱為高程異常（ξ），三者間的換算關(guān)系如下：HY=H-ξ（注：HY為正常高，H為橢球高，ξ為高程異常)，根據(jù)上式可知GPS高程測量的精度主要取決于橢球高的測量精度和高程異常的精度。GPS相對定位能夠精確地測出地面點(diǎn)的橢球高（精度達(dá)10-7量級以上），利用高精度大地水準(zhǔn)面可得到精度高的高程異常數(shù)據(jù)，這樣就可以進(jìn)行高精度的GPS高程測量。為檢驗計算的精度，測區(qū)內(nèi)要聯(lián)測分布合理的水準(zhǔn)點(diǎn)，利用高精度似大地水準(zhǔn)面模型獲得的正常高程和已知水準(zhǔn)高進(jìn)行比較，以檢驗GPS高程測量精度。

3.4 圖根測量

（1）圖根控制測量可采用GPS-RTK方法和布設(shè)圖根導(dǎo)線測量方法施測。

（2）圖根點(diǎn)標(biāo)志盡量采用固定標(biāo)志。位于水泥、瀝青等地的普通圖根點(diǎn)，須刻十字或用水泥釘、鉚釘作其中心標(biāo)志，周邊用紅漆繪出方框及點(diǎn)號，方框規(guī)格：12cm×12cm。埋石圖根點(diǎn)標(biāo)石規(guī)格為上底12cm×12cm,下底18cm×18cm，高40cm。臨時標(biāo)志宜采用5cm×5cm×30cm的木樁、鋼釘或其他標(biāo)志。城市建設(shè)區(qū)和工業(yè)建設(shè)區(qū)需要埋設(shè)適當(dāng)數(shù)量的標(biāo)石圖根點(diǎn)。圖根點(diǎn)（包括高級控制點(diǎn)）的密度，連片補(bǔ)測范圍面積小于1/3幅圖，可以不埋石，采用臨時標(biāo)志（采用鋼釘或木樁），但應(yīng)保證檢查時清晰可見。補(bǔ)測范圍在1/3幅到2/3幅的埋石不少于2個；大于2/3幅按1幅圖計算，每幅圖不少于4個（含等級點(diǎn)、圖根點(diǎn)）。

（3）圖根點(diǎn)測量時，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)可直接應(yīng)用測區(qū)GPS二維約束平差所計算的參數(shù)，也可以在測區(qū)現(xiàn)場通過點(diǎn)校正的方法獲取。

（4）圖根點(diǎn)高程的測定，通過流動站測得的大地高減去流動站的高程異常獲得，流動站的高程異?？梢圆捎脭?shù)學(xué)擬合方法、似大地水準(zhǔn)面精化模型內(nèi)插等方法獲取，也可在測區(qū)現(xiàn)場通過點(diǎn)校正的方法獲取。

（5）布設(shè)的圖根控制點(diǎn)應(yīng)保證每個控制點(diǎn)需有一個以上的通視方向。

3.5 居民地測繪工作

在居民地，因架空線和房屋遮擋，導(dǎo)致RTK信號差，在其不能滿足精度要求時，就需要改用全站儀進(jìn)行地物修測，結(jié)合測圖所要求的比例尺不同，綜合取舍不一樣，且外圍輪廓必須準(zhǔn)確測繪，應(yīng)將內(nèi)部主要街道及較大空地區(qū)分出來；對散列式居民地、獨(dú)立房屋應(yīng)分別測繪。

3.6 結(jié)果整理

計算完成后，對計算成果進(jìn)行整理，完成GPS測量報告的編寫。觀測文件要轉(zhuǎn)換為RINEX標(biāo)準(zhǔn)格式(RINEX數(shù)據(jù)中需要包括點(diǎn)號信息)，天線高應(yīng)改算至相位中心提交，測量報告中應(yīng)包含觀測手簿、重復(fù)基線較差、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、無約束平差報告、約束平差報告、聯(lián)測網(wǎng)圖、成果表等。

4 結(jié)語

隨著社會的不斷進(jìn)步，人們意識到新技術(shù)帶來的極大便利，在公路的測量工作中，GPS測量技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的測量方法，有著明顯優(yōu)勢，因此得到廣泛運(yùn)用。它不但彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量方法的種種不足，還做出了進(jìn)一步改進(jìn)和加強(qiáng)。但是GPS技術(shù)并不是萬能的，只有將傳統(tǒng)的全站儀測量技術(shù)和最新的GPS結(jié)合起來運(yùn)用，即GPS-RTK技術(shù)。才能更快更好地完成公路測量目的。