GPS-RTK技術(shù)在公路工程測量中的應用研究

安琳

中鐵一局集團第四工程有限公司 陜西 咸陽 712000

相比于傳統(tǒng)的工程測量技術(shù)，CPS-RTK技術(shù)具有測量精度高、速度快等優(yōu)點，對于公路工程事業(yè)的發(fā)展可以形成有效的推進[1]。因此，本文也著重探討公路工程測量中CPS-RTK技術(shù)的應用優(yōu)勢和缺陷，并闡述具體的應用路徑和措施。

1 GPS-RTK技術(shù)原理

CPS-RTK技術(shù)是一種基于載波相位的動態(tài)定位方法，通過對多個觀測點的三維空間坐標進行實時定位，其精度一般可達厘米量級。常規(guī)測量方法如水準測量、三角高程測量等，由于地形復雜、高差大、遮擋多等原因，很難有效地進行測量，而GPS-RTK技術(shù)即使在測點不能全部通視的條件下，仍然可以實時獲取任何測點的三維坐標，并且不受外部環(huán)境的影響，可以進行連續(xù)測量[2]。這一測量技術(shù)主要包括兩個部分，一個是基準站，另一個是流動站，通?；鶞收径际窃谝曇伴_闊、地勢較高的地區(qū)進行設置，而且使用GPS衛(wèi)星對其進行不間斷的跟蹤，與數(shù)據(jù)站相結(jié)合，將觀測數(shù)據(jù)實時傳送到流動站。流動站利用數(shù)據(jù)鏈接技術(shù)對所獲得的觀測數(shù)據(jù)進行實時處理，最終得到精確的測量和定位結(jié)果。

2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢與缺點

2.1 GPS-RTK系統(tǒng)的優(yōu)勢

（1）儀器操作簡便

在傳統(tǒng)的工程測量模式中，需要應用到很多測量技術(shù)人員，在應用GPS-RTK技術(shù)的時候，因為操作簡單，所以只需要一臺測量儀器就可以了。同時，GPS-RTK技術(shù)中的基準站可以通過一次設置之后，就可以重復使用。另外，測量裝置內(nèi)的軟件還能對衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)進行自動計算，從而減輕了輔助測量的工作量，減少了人為的干擾和測量誤差。

（2）測量數(shù)據(jù)精確

在正常的條件下，一個基準站最少可以得到5個GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，當有良好的觀測條件時，可以得到10個或更多的GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，從而提高了測量結(jié)果的精度。同時，采用GPS-RTK裝置，可以的得到數(shù)據(jù)偏差，從而對偏差形成有效的控制，最高可達到厘米級別。GPS-RTK設備在對施工現(xiàn)場進行測量的時候，可以在設備內(nèi)部將測量結(jié)果進行實時存儲，從而減輕了測量人員的工作量，提高了測量工作的質(zhì)量和效率[3]。

（3）可以避免累計誤差

GPS-RTK技術(shù)均不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響，無論是搬站的情況下，還是不搬站的情況下，且精度可達厘米級。但是，傳統(tǒng)的測量設備全站儀、水準儀在搬站的時候，都會出現(xiàn)一些誤差，這些誤差值會隨著搬站的次數(shù)而變化，如果搬站的次數(shù)過多，所造成的偏差值就會變得更大，從而影響到測量工作的質(zhì)量和精度。

（4）測量數(shù)據(jù)高

過去用傳統(tǒng)的測量設備進行測量時，測點和測量儀器之間需要滿足光學通視的條件，而GPS-RTK技術(shù)可以在不需要滿足光學通視的情況下使用。GPS-RTK技術(shù)在復雜地形條件下，具有較大的優(yōu)越性，而且可以減少施工人員的投資和施工費用。與水準儀和全站儀相比，GPSRTK技術(shù)的設備可以便捷地進行攜帶，大大的提高了測量的工作效率。

2.2 GPS-RTK技術(shù)存在的缺陷

盡管GPS-RTK技術(shù)給測量工作帶來了很大的方便，但是該技術(shù)并非盡善盡美，在使用過程中同樣存在相應的問題。

（1）信號容易受到干擾

GPS-RTK技術(shù)的信號容易受到GPS衛(wèi)星、大氣、茂密森林等諸多因素的影響，將使GPS信號產(chǎn)生偏差。GPS-RTK技術(shù)以 GPS衛(wèi)星信號和電臺差分信號為主。在采用GPS-RTK技術(shù)進行測量之前，需要進行專業(yè)的調(diào)試工作。

（2）參數(shù)設置錯誤，采集數(shù)據(jù)精確性不足

在工程測量之前，如果測量人員不能完全掌握GPSRTK設備調(diào)試技術(shù)，導致參數(shù)設置錯誤后，將會對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，嚴重時會導致測量工作的返工。特別是在野外，因為沒有控制點，所以很難設定參數(shù)。

（3）測量軟件專業(yè)性不足，算法存在誤差

GPS-RTK設備中的公路測量軟件如果有缺陷，將會使測量結(jié)果產(chǎn)生偏差。但是，在目前階段，測試軟件還不夠?qū)I(yè)化，為了保證測試工作的順利進行，還需要繼續(xù)改進。在實際應用過程中，一些應用軟件出現(xiàn)了一些缺陷，導致測量結(jié)果出現(xiàn)誤差，給以后的公路建設帶來了困難。

3 GPS-RTK技術(shù)在公路工程測量中的應用

3.1 應用于公路控制測量

在建設項目施工過程中，控制測量是一種最基礎(chǔ)的測量手段，它主要是通過對施工現(xiàn)場進行平面定位、高程的測定，從而建立起施工現(xiàn)場控制網(wǎng)。在公路建設中，除了對高精度的點有一定的要求之外，其他的點均可采用GPSRTK技術(shù)進行動態(tài)測量。在進行動態(tài)測量的時候，可以在數(shù)據(jù)的精度滿足需求的時候，立刻停止觀察，從而可以減少多余的觀察，提高觀察的效率。傳統(tǒng)的單點靜態(tài)、準靜態(tài)和偽動態(tài)測量均不具備這一特性，導致施工過程中出現(xiàn)“返工”、“重測”等問題，嚴重制約了施工進度。

首先，利用GPS-RTK技術(shù)進行平面網(wǎng)測量，并初步構(gòu)建平面控制網(wǎng)，再選擇B級控制點作為復測點，利用外業(yè)觀測法對這些點位進行復查，最后對平面控制網(wǎng)進行優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，對測得的數(shù)據(jù)進行基線解析和網(wǎng)平差的計算，確保測量精度達到要求。在采用GPS-RTK技術(shù)的時候，由于不需要使用全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀等測量儀器，所以不需要考慮各點位之間的通視問題，也不需要在所測線路上放置多臺設備，可以方便地進行測設工作。但是，在進行控制測量之前，在初步測設完成平面控制網(wǎng)之后，在進行外業(yè)數(shù)據(jù)處理之前，應該及時地對衛(wèi)星數(shù)量和位置、衛(wèi)星信號質(zhì)量以及衛(wèi)星高度截止角等衛(wèi)星信息進行檢查，以確定數(shù)據(jù)的準確性[4]。如果出現(xiàn)質(zhì)量較差的點位，應該重新進行測量，以免最終的結(jié)果出現(xiàn)不精確的情況。

3.2 應用于公路中線測量

應用GPS-RTK技術(shù)進行公路中線測量，主要采取直線或是曲線的靜態(tài)測量方法，進而獲得中央線條的準確坐標，并得到對應的信息數(shù)據(jù)。在中線測量的過程中，測量人員也需要基于施工現(xiàn)狀和施工方案，做好關(guān)鍵地點的樣本點定位，從而對主要觀測點的位置信息和距離完成測量工作，保證測量精度。在此基礎(chǔ)上，測量人員還需要結(jié)合測量情況，做好關(guān)鍵樁點的記錄分析，進而調(diào)整工程方案。

3.3 應用于地形測圖

在公路工程建設之前，必須在大比例帶狀尺地形圖上選擇線路，其比例尺一般為1∶1000或1∶2000，所以，繪制大比例帶狀尺地形圖是公路工程的基礎(chǔ)工作。常規(guī)的做法是利用全站儀等設備對每一塊斷塊進行測量，再利用制圖軟件手工繪制成圖。所以在測量時，不僅要確保每一個點位通視，而且每一個點位還需2-3人參與，這樣就會造成測量與制圖的效率偏低。采用GPS-RTK技術(shù)時，僅留下一名測量員在基準站，其余測量員均可前往碎部點進行立桿，在且每一部位僅停留數(shù)分鐘，在此基礎(chǔ)上再將碎部點的特征編碼和屬性數(shù)據(jù)隨后錄入到移動站的電子手簿之中。接著，就可以使用系統(tǒng)內(nèi)的草圖功能，在任何時候都可以畫出草圖，這樣就可以方便地進行內(nèi)部的整體設計工作。此外，該系統(tǒng)還具有適應成圖軟件，可以在現(xiàn)有的草圖基礎(chǔ)上，自動生成大比例的帶狀地形圖，從而極大地減輕內(nèi)業(yè)人員的工作負擔，提升測圖的效率，降低繪圖的誤差。

3.4 應用于公路縱、衡斷面測量

（1）輔助縱斷面圖的繪制

在公路縱斷面圖的繪制過程中，GPS-RTK技術(shù)的應用也非常普遍。進行圖表的繪制，可以將已經(jīng)完成的地形圖曲線要素輸入到手簿之中，基于此確定工程起點和坐標，在這樣的自動化系統(tǒng)之中，路線圖也可以自動生成，從而為后續(xù)的測量和施工奠定堅實的基礎(chǔ)。而在外業(yè)的開展過程中，測量人員可以輸入預定路線起點，這樣就可以自動向目標行進，其具有較高的精度。作為技術(shù)人員，需基于精度要求，保證位置的準確性。通過應用GPS-RTK技術(shù)，不僅可以提升測量精度，還可以節(jié)約更多的時間、成本和人力，所以也可以對公路工程的建設形成有力的推動。

（2）輔助橫斷面圖的繪制

GPS-RTK技術(shù)對橫斷面圖的繪制也起到了很好的輔助作用，不同區(qū)段的測量工作在某些方面是一致的。首先用電子手簿繪制出一條直線，然后點開橫斷面模式，再輸入中線路程。這樣，工作人員就能按照手簿上的信息指引，確定中心線的位置，并在路線上對地面高程信息進行有效的采集。GPS-RTK技術(shù)在進行具體測量工作時，能夠很好地保證橫斷面測量工作的精度，從而為今后更好地進行公路工程建設工作提供有效的依據(jù)。

3.5 應用于高程測量

GPS-RTK系統(tǒng)與全站儀相類似，可以直接給出相應的高程數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)必須經(jīng)過高程擬合，從而將大地高程轉(zhuǎn)化為正常高程。但是，在轉(zhuǎn)換時，會遇到一些復雜的地形變化等因素引起的高程異常。GPS高程數(shù)據(jù)的擬合一般采用布設水準點的方法，水準點的數(shù)目要夠多，而且分布要均勻，對其起伏情況的設置也需要基于地形條件進行。一般情況下，都是在公路線路的兩側(cè)進行水準點的布置，從而實現(xiàn)對中線樁高程的擬合。

3.6 應用于施工測量

GPS-RTK技術(shù)的運用，為公路工程的測量提供了更多的可能，如放樣結(jié)果準確、全過程所需的時間更短、誤差更小，而且每一個放樣點位都可作為正式施工時的重要參考基準。GPS在測量過程中，能夠為測量工作提供軟硬件雙支撐，使其能夠更方便、快捷地進行定位測量。從實踐中可以看出，GPS-RTK技術(shù)在使用過程中，雖然仍然會出現(xiàn)一些點位誤差，但是這些誤差都是很小的，也就是能夠?qū)⑵淇刂圃谠试S的范圍之內(nèi)，并且對于公路工程的測量精度造成的影響也是很小的，甚至可以忽略不計，能夠滿足施工測量的精度要求。

3.7 應用于精度分析

（1）RTK測量精度與遮擋物影響的關(guān)系

在測量實踐中，很多測量條件也很難得以滿足，所以也需要對一些遮擋物進行躲避，這樣才能有效接收信號，但是一般情況下，躲避起來相對困難，比如數(shù)傳電臺在傳輸無線電信號之時，往往就很難對遮擋物形成躲避。而且很多公路測量工程也會途徑森林，為了使RTK技術(shù)的測量精度更有保證，則需要選擇樹木較少的位置進行測量。在測量中，要保證所有的初始化信息都被保留下來，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，這樣才能使坐標和高程的偏差得到有效的控制。然而，在樹木較多的地方，測量的進度會受到一些影響，此外，通信信號發(fā)射塔和高壓電線周圍測量的結(jié)果也會存在較大的偏差，使得測量結(jié)果難以達到一定的精度。當距離超過400m以后，基本上可以保持不變，不過400m以內(nèi)的測量還是要按照基本的方法來進行。

（2）RTK測量精度與基準站點位的關(guān)系

在測量時，必須有效地控制基準站與測量之間的距離，在一定程度上，兩點之間的距離將會對RTK測量的精度產(chǎn)生影響。一般情況下，點位與基準站之間的距離應控制在5 m以內(nèi)。此外，還要仔細分析基準站與測量高差之間的距離，以便于選取相同水平距離不同高差的點位進行比較和測量，基準站與最終測量的高差對 RTK的測量精度基本沒有影響。

4 基于GPS-RTK技術(shù)提升公路工程測量質(zhì)量的策略

4.1 構(gòu)建完善的測量監(jiān)管制度

因為公路建設的時間比較長，而且工程量比較大，所以為了保證測量工作能夠順利進行，施工企業(yè)應該與測量工作的實際需要相結(jié)合，對測量過程進行持續(xù)的優(yōu)化和改進，同時將現(xiàn)代測量的概念引入其中，建立起一套完善的測量工作標準和測量監(jiān)督管理體系，這樣才能更好地適應公路測量工作的需要，把測量工作真正地落實到工作中去。具體而言，需要保證測量操作的標準化，每一次測量操作的過程，都需要得到監(jiān)督和管理，并且做好詳細的記錄，還需要針對測量數(shù)據(jù)進行驗收。其次，要健全相應的人員管理體系，組建專業(yè)的公路勘測監(jiān)理隊伍與組織，并落實監(jiān)理檢驗工作，保證監(jiān)理人員具有較高的業(yè)務素質(zhì)，以保證勘測成果的準確性與可靠性。

4.2 構(gòu)建專業(yè)的測量技術(shù)隊伍

在我國公路建設項目數(shù)目和規(guī)模逐漸增大的情況下，對測量技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)和綜合素質(zhì)的要求也越來越高。作為施工企業(yè)的管理人員，也需要堅持以人為本的原則，重視人才培養(yǎng)，采取培訓或是外派等方式，強化測量技術(shù)人員的綜合素質(zhì)，不斷優(yōu)化學習環(huán)境，引進更多的先進技術(shù)和設備，夯實技術(shù)人員的理論基礎(chǔ)，讓技術(shù)人員從而能夠更好的掌握測量儀器的操作，掌握儀器的維護知識，做好儀器的維護，延長儀器的使用壽命，建立一支強大的、專業(yè)的測量技術(shù)隊伍，以適應測量工作的需求，切實保證公路項目建設的施工質(zhì)量。

4.3 明確常見問題，優(yōu)化解決措施

首先，在RTK技術(shù)的野外測量中，由于使用GPS衛(wèi)星進行信息傳送，在一定程度上會受到衛(wèi)星狀態(tài)的制約。為保證測量結(jié)果的準確性，必須對測量方式進行科學的選擇。其次，在信息傳遞時，數(shù)據(jù)量本身的傳遞也會受到一定的干擾與制約，很容易產(chǎn)生工作的真實半徑小于名義距離的問題。為了避免上述問題，工作人員可以把精確站設置在測區(qū)中部的最高處，這樣就能減少地形對GPS-RTK技術(shù)的影響，從而更好地保證精確站的精度。需要注意的是，不管是應用什么測量方法，都會在精度和穩(wěn)定性上產(chǎn)生問題。

5 結(jié)束語

總體來看，GPS-RTK技術(shù)在我國具有很好的發(fā)展前景，其在實際中的應用范圍也在不斷拓展，在眾多的工程中都得到了很好的應用。GPS-RTK技術(shù)在公路工程測量中的應用，將為工程施工提供堅實的數(shù)據(jù)參考。同時，隨著我國北斗導航系統(tǒng)技術(shù)的不斷突破，RTK技術(shù)也在持續(xù)升級，其定位精度要更高。因為公路工程測量工作的開展，必須要加強GPS-RTK技術(shù)的應用。