基于CORS系統(tǒng)的RTK技術(shù)在山區(qū)公路測量中的應(yīng)用

閆 博

(中鐵十八局集團第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

1 前 言

隨著我國公路建設(shè)事業(yè)的日新月異的發(fā)展，常規(guī)的量測工具和測量系統(tǒng)不能匹配勘測高精度和高效率的需求。如果按照傳統(tǒng)測量方式對某個點位進行放樣和測量的時候，通常不僅需要搬站，還要經(jīng)常調(diào)動花桿和棱鏡，而且至少配備2-3人協(xié)助測量，另外還需確保相鄰點之間量測的視野非常好。但是因為山區(qū)公路存在交通不便、線路曲折、環(huán)境復雜、沿線已知點少、作業(yè)條件受限制、地勢高低起伏等不利因素，測量常常受到限制，不僅作業(yè)效率低，而且增大測量的工作難度、工作量和誤差[1]。

為切實提高山區(qū)公路量測水平，助力施工建設(shè)，需采用新的技術(shù)手段進行山區(qū)公路測量工作，彌補山區(qū)公路工程建設(shè)中視野不開闊、測量環(huán)境差、樹林多、高程變化大等不足。而日趨成熟的衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)(CORS)憑借量測精度高、操作便捷、不用另外重新架設(shè)測量基站、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用[2]，非常適用在山區(qū)公路量測。

2 CORS系統(tǒng)與CORS-RTK技術(shù)概述

CORS系統(tǒng)是測繪信息化的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之一，被廣泛應(yīng)用于國土資源、城市規(guī)劃、交通、地震、測繪、氣象等多個領(lǐng)域及多個行業(yè)。通過RTK(實時動態(tài)載波相位差分技術(shù))、衛(wèi)星定位以及計算機等技術(shù)進行深度融合而構(gòu)建起來能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)運行參考站系統(tǒng)，能夠?qū)PS、GLONASS.GLOLILEO 和北斗系統(tǒng)進行綜合應(yīng)用。 CORS由GPS基準站、移動站(用戶一單臺GPS接收機)、數(shù)據(jù)處理控制中心、數(shù)據(jù)傳輸與發(fā)播系統(tǒng)等構(gòu)成[3]。

CORS系統(tǒng)未出現(xiàn)以前，為了對GPS(衛(wèi)星導航系統(tǒng))軌道誤差和電離層、對流層的傳播誤差進行消除，需要進行基準站架設(shè)后并通過RTK測量接收機進行測量差分計算。但在山區(qū)公路進行長距離復雜地形量測的時候，差分信號很難被移動站接收，進而需要對基準站進行搬移并對平面和高程進行重新校正后才能后續(xù)測量，非常影響作業(yè)效率和測量精度[4]。

CORS-RTK技術(shù)克服了 RTK測量接收機中參考站以及流動站之間存在一定間距等因素局限性，極大擴大參考站以及流動站的作業(yè)距離，測量作業(yè)范圍能夠擴大到40km甚至更遠距離，并且在CORS覆蓋范圍之內(nèi)，觀測的數(shù)據(jù)精準度高[5]。

3 CORS-RTK技術(shù)優(yōu)勢

RTK測量接收機如果沒有CORS系統(tǒng)支持，首先應(yīng)對坐標點進行精確定位，然后在坐標點進行參考站設(shè)置，通過差分將信息數(shù)據(jù)進行傳遞，特別是傳統(tǒng)的測量方式對于儀器的適應(yīng)性、靈敏性要求非常嚴格，另外各參考站之間還存在一定距離的限制，一般需要在5-10km的范圍之內(nèi)，如果不能滿足此要求，就非常影響測量的精度?；贑ORS系統(tǒng)的 RTK測量接收機只要有手機信號的地方，就能順利接收相關(guān)測量數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)非常精準和穩(wěn)定，能大幅度提高測量質(zhì)量和效率，從而滿足實際公路勘探、施工、監(jiān)理的線型圖測繪需求[6]。

4 CORS-RTK技術(shù)應(yīng)用范圍

4.1 縱、橫斷面測量

在借助CORS系統(tǒng)下的RTK測量接收機，進行中樁高程參數(shù)測量的時候，只需把放樣數(shù)據(jù)輸入到CORS系統(tǒng)下的RTK測量接收機中，就能夠通過CORS系統(tǒng)進行全面的測量分析，很快捷而精準地獲取設(shè)置放樣點相關(guān)數(shù)據(jù)，施工人員借助這些數(shù)據(jù)文件直接進行放樣測量，然后獲取很精確的數(shù)據(jù)文件。當獲悉斷面形式以后，就能夠把放樣數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，進而得到縱、橫斷面的相關(guān)放樣的測量數(shù)據(jù)。

4.2 控制測量

沒有CORS系統(tǒng)支持的控制測量技術(shù)一般采用布置導線網(wǎng)和三角網(wǎng)這些方法方式進行控制測量，另外針對測量地點的地形地貌的要求也比較苛刻，要求各測量點之間能夠通視，對每個測量及錄入環(huán)節(jié)的要求也十分嚴格。然而測量過程中人工讀取測量數(shù)據(jù)難免會出現(xiàn)錯誤，直接導致測量結(jié)果不符合設(shè)計規(guī)范要求，務(wù)必進行復測，測量進度將會嚴重滯后。借助CORS系統(tǒng)下的RTK技術(shù)，對測量技術(shù)人員的勞動強度能有效進行降低，而且不需要人工讀取數(shù)據(jù)。在衛(wèi)星信號滿足強度要求的前提下，接收機能接收數(shù)據(jù)的完全符合測量精度要求，極大地提高了工作效率，為施工生產(chǎn)保駕護航。

4.3 公路中線測量

控制測量技術(shù)如果沒有CORS系統(tǒng)支持，而是采用全站儀對道路的中線進行測量的方式，測量過程非常復雜，不僅測量工作量大，而且測量效率不高，包含路線標注、坐標、放樣、測量和計算中樁標號等步驟非?，嵥?，而采用基于CORS系統(tǒng)下的RTK技術(shù)，只需要把中樁坐標輸入到設(shè)備中，CORS系統(tǒng)就能自動生成放樣點，而且可以對各點位單獨進行測量，從而極大降低了系列數(shù)據(jù)誤差的累積，切實提高測量數(shù)據(jù)的精確度。

5 實例分析

5.1 工程概況

國省干線橫四線順昌關(guān)東至煥仔坑段(福建順昌城關(guān)過境段)新建工程(二期)工程，路線起點樁號K2+970，向西北方向經(jīng)過黃源東，在K3+568.5處建設(shè)黃源東大橋上跨延順高速公路連接線，一路向西以后，經(jīng)過午押坵，向西南方向后，斜穿西崗小區(qū)邊沿，在K7+326.5處建設(shè)西門2#大橋，上跨鷹廈鐵路以及富屯溪，終點止于水南鎮(zhèn)煥仔坑，和G316(樁號為244)線相連接，道路終點位置樁號是K7+853.769，路線全長距離為4.884km。整個線路基填方為51.29萬m3，挖方為60.31萬m3，路基寬度為17.5m，其中主線架設(shè)2座大橋；主線設(shè)置11道涵洞和通道。整個項目的控制性工程含有西門2#大橋、橫四線與連接線平交口、高填路基。道路等級設(shè)計為二級公路，設(shè)計速度為60km/h。

工程路線沿線主要是丘陵和崗地等地貌，該區(qū)域基巖通常埋藏較淺，頂部有一些殘積物覆蓋，植被發(fā)育，樹林繁茂；河谷和盆地中的基巖裸露，分布于砂類土、黏性土、碎卵礫石層；殘坡積粉質(zhì)黏土、殘積黏性土等沿線坡地廣泛地分布，全線最大高差80.2m，全線山地較多，林木密集，視線很差，交通不便，線路蜿蜒曲折，沒有施工便道，車輛前期無法駛?cè)耄摌硕稳€4.884km已知控制點只有9個，這些不利因素給測量造成困難。

5.2 南方銀河1RTK測量接收機與CORS賬號相連的設(shè)置方法

南方銀河1RTK測量接收機(如圖1)是目前是我國生產(chǎn)的體積最小質(zhì)量最輕的RTK測量接收機，通過業(yè)內(nèi)第一家采用的藍牙通聯(lián)技術(shù)、NFC近場通訊技術(shù)和技術(shù)領(lǐng)先的慣導技術(shù)，不僅能夠適用北斗定位系統(tǒng)，還能全方位適應(yīng)CORS系統(tǒng)，同時配置全鍵盤、高性能、高智能的手簿。 南方銀河1RTK測量接收機通過手薄軟件(工程之星3.0軟件)與CORS賬號相連步驟如下：

圖1 南方銀河1 RTK

步驟1：通過藍牙與設(shè)備相連

(1)把手簿軟件打開后，通過在屏幕點擊“配置”，“工程設(shè)置”對話框隨即在屏幕彈出，點選“儀器連接”提示。

(2)進入“藍牙管理器”選項后，點選“藍牙”，在可選用設(shè)備欄中選擇南方銀河1 RTK的主機號，然后在屏幕下方點擊“連接”。

注：系統(tǒng)會與主機自動相連接，如果透明懸浮框“連接成功”字樣在頁面彈出，這意味著手簿和移動站連接成功。

步驟2：進行移動站設(shè)置

(1)重新回到軟件開機狀態(tài)后，將“配置”點擊，對話框彈出以后，對“儀器設(shè)置”進行選擇。

表1 全站儀和RTK測量接收機的中樁放樣數(shù)據(jù)表(單位：m)

(2)進入“儀器設(shè)置”界面，選擇“移動站設(shè)置”。

(3)切換到“移動站設(shè)置”界面以后，通過選擇“手機網(wǎng)絡(luò)”進行網(wǎng)絡(luò)配置(備注：當SIM卡在機頭時就點選接收機移動網(wǎng)絡(luò)，當SIM卡在手簿時則點選手機網(wǎng)絡(luò)，當SIM卡在機頭手簿連接機頭WIFI熱點則點選接收機WIFI網(wǎng)絡(luò))；數(shù)據(jù)鏈點選“網(wǎng)絡(luò)模式”；使用傾斜補償、電臺路由和記錄原始數(shù)據(jù)都選擇“關(guān)閉”；把截止角設(shè)置為10°-15°之間合適的角度，施工人員可按照測量環(huán)境進行選擇；數(shù)據(jù)鏈設(shè)置：①點擊“數(shù)據(jù)鏈設(shè)置”以后，再切換到“模板參數(shù)管理”的界面;②因為是首次設(shè)置數(shù)據(jù)鏈，處于“模板參數(shù)管理”界面狀態(tài)下時點選“增加”。(備注：進行設(shè)置后，再通過一樣的千尋CORS賬號選擇“編輯/連接”之前留存的數(shù)據(jù)鏈設(shè)置);③切換到“數(shù)據(jù)鏈設(shè)置”界面后，服務(wù)器：勿選；名稱：用戶自定義(如：中鐵十八局集團二公司順昌項目部)；IP輸入“117.135.142.201”；Port輸入端口“8001”(對應(yīng) CGCS2000)，端口：8002 (對應(yīng)WGS84 )，接入點(可直接刷新獲取)：RTCM33_GRCEpro(4星接入點)、 RTCM33_GRC (3星接入點)；賬戶和密碼依據(jù)CORS賬號網(wǎng)提供的千尋CORS賬號的用戶名和相關(guān)密碼信息進行填寫；選取“NTRIP”模式；在接入點點擊進入后，刷新列表候點選“RTCM32-GGB”；設(shè)備將會自動連接“開啟”。完成數(shù)據(jù)設(shè)置并檢查沒有錯誤以后在右下角點擊“確定”，將數(shù)據(jù)鏈進行保存設(shè)置;④重新返回到“模板參數(shù)管理”界面以后，把先前保存的數(shù)據(jù)鏈設(shè)置選中，在左下角點擊“連接”。

返回到主頁以后，當手簿出現(xiàn)固定解的時候，就可借助南方銀河1RTK設(shè)備進行測量工作。

5.3 實際測量

通過比選，選用3臺南方銀河1 RTK測量接收機、2臺瑞德R6、1臺徠卡TC802全站儀、1臺DSZ2FC水準儀、系列手簿、有藍牙功能的手機進行測量。

道路中線測量：每相隔400m對每一個中樁進行解算，特別是在道路交叉位置、一些變坡地、建筑群需要進行加樁。通過RTK測量接收機的放樣功能，得出計算點坐標，誤差沒超過±0.05m。與全站儀進行測量相比，極大地降低了誤差，提高了測量效率。

縱橫斷面測量：對于高程起點選擇測量范圍內(nèi)四等水準點，按照圖根要求的精度標準，對地面高程順著中樁逐樁進行布樁。完成測量以后，將同一中樁點RTK測量接收機釆集高程和水準高程進行對比，誤差沒超過±0.04m，比水準儀等儀器測量更快捷更精準。

工程控制點測量：施工人員在6個放樣控制點進行直接放樣測量，然后把收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)文件，選取測量的平均值，誤差沒超過±0.02m。與全站儀測量相比更快捷更精準。

5.4 進行分析觀測數(shù)據(jù)

通過檢測獲取的中樁坐標統(tǒng)計數(shù)據(jù)表詳見表1。依據(jù)表1中記錄的全站儀和RTK測量接收機的中樁放樣數(shù)據(jù)，通過分析能夠得出這樣的結(jié)果：通全站儀和RTK測量接收機兩種不同測量方式下得到的最大△X值是0.021m,最大△Y值是0.011m；樁號K6+300的位置出現(xiàn)最大點位誤差，與之匹配的△Y值為0.011m，△X值是0.021m,誤差值是0.023m,在規(guī)范要求的±0.05m的誤差范圍之內(nèi)。

RTK測量接收機高程回釆及中樁水準測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)表見表2。通過表2的數(shù)據(jù)進行分析可以知道，在完成中樁的測量以后，通過對比RTK測量接收機高程回采及水準點聯(lián)測量高程可以斷定最大高程差位于樁號K4+300，兩個樁號之間最大高程差值僅為-0.016m，遠小于規(guī)范不超過±0.04m的規(guī)定。

表2 RTK測量接收機高程回釆和中樁水準測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表(單位：m)

表3 RTK測量接收機的施工控制點觀測值

表4 施工控制點距離檢測表

表3是控制點RTK測量接收機觀測表，表4是施工距離檢測表。對兩個表中的觀測數(shù)據(jù)以及測量數(shù)據(jù)，進行對比分析能夠得出這樣的結(jié)論：采用RTK測量接收機設(shè)備對施工項目控制點觀測，最大差值位于D028位置，最大差值為0.005 4m，沒有超出測量平面坐標差的±0.02m的范圍。借助坐標反算計算出A001-A003, A006-A007,D027-D028之間的距離，通過全站儀對各控制點間距離進行檢測，發(fā)現(xiàn)最大誤差值是D027-D028，最大誤差值是1/105 806。誤差沒超出1/4 000的范圍。

按照傳統(tǒng)測量方法，完成本工程近4km的山區(qū)公路測量，通常需要很多個工序，至少需要6人，20d的工期，其中對影響線路通視的林木進行移植等工作就花費一定時間和人力物力。而借助CORS系統(tǒng)下的RTK測量接收機設(shè)備測量技術(shù)，一人一機的情況下，僅需2個工序，3人12d工期即可完成。

6 結(jié)束語

在山區(qū)公路勘測設(shè)計施工中，如果采用傳統(tǒng)測量技術(shù)，通常因為復雜的地形地貌和落后的技術(shù)而影響公路測量準確率，進而影響山區(qū)公路的勘測設(shè)計施工質(zhì)量。將基于CORS的高精度GPS測量技術(shù)應(yīng)用到山區(qū)公路測量當中，不僅能夠大大提高測量的精準率，還能夠極大減少測量技術(shù)員的工作強度，有效確保公路工程質(zhì)量。文章對CORS系統(tǒng)和CORS系統(tǒng)支持下的RTK技術(shù)的特點和應(yīng)用進行了詳細介紹，對國省干線橫四線順昌關(guān)東至煥仔坑段新建工程借助CORS系統(tǒng)支持下的RTK技術(shù)進行公路中線測量、縱橫斷面測量、控制測量得到的觀測數(shù)據(jù)和通過傳統(tǒng)檢測手段得到的測量數(shù)據(jù)進行對比分析，事實證明,通過CORS系統(tǒng)支持下的RTK技術(shù)測精度高、操作便捷、無須進行架設(shè)基站架設(shè)、覆蓋范圍廣。需強調(diào)的是，此技術(shù)的前提條件是測量區(qū)域有CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并確保用戶無線網(wǎng)絡(luò)和移動通訊的流暢。