GPS-RTK技术在公路勘测中的的应用分析

【摘要】：本文简要介绍了GPS-RTK技术的发展由来，基本原理， RTK测量技术的优点，作业模式，在道路勘测中的应用及发展前景。

关键词：RTK技术 中线测量 公路测量

一、GPS-RTK技术发展由来

目前，全球有美国GPS全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯全球定位系统、欧洲伽利略全球定位系统、我国北斗星全球定位系统。这四大全球定位系统中要数GPS开发最早，应用更为成熟。其具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量；快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量；而RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成，整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点，完全可以满足数据采集和工程放样的要求。

二、GPS-RTK基本原理

RTK技术就是载波相位动态实时差分(RealTimeKinematic)技术，它能够实时地提供测站点指定坐标系中的三维定位结果。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值(伪距和载波相位观测值)和测站坐标信息(如基准站坐标和天线高度)一起传送给流动站，流动站在完成初始化后，一方面通过数据链接接收来自基准站的数据，另外自身也采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，再经过坐标转换和投影改正，即可给出实用的厘米级定位结果。

三、RTK技术的优点：

（1）彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了GPS作业效率；（2）在中线放样的同时完成中桩抄平工作；（3）应用范围广―可以涵盖公路测量(包括平、纵、横)，施工放样，监理，竣工测量，养护测量，GIS前端数据采集诸多方面；（4）实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果(包括高程)；（5）如辅助相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。（6）作业效率高，每个放样点只需要停留1～2s，流动站小组作业，每小组(3～4人)可完成中线测量5～10km。若用其进行地形测量，每小组每天可以完成0.8～1.5km2的地形图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。

三、RTK在公路中线测量中的作业模式

1、建立测区平面控制网

根据测区范围，用GPS静态测量方法建立测区控制网，相邻点间间距3~5公里，并与国家点联测，求出各控制点平面坐标，同时需考虑投影变形。公路工程在纵向有时可达到几百公里,在横向上却一般只有几十米，跨越范围广，线路走向、地形情况千差万别，长度变形各不相同。因此必须采取相应的措施消弱长度变形。

2、高程控制测量

GPS测得的大地高属于WGS-84系统，因此必须采用高程拟合的方法，来求得正常高。而高程拟合的精度高低取决于参与拟合的水准点的个数及分布的均匀程度。

3、转换参数的设置

选择控制网中已知的WGS-84和地方独立网格坐标以及高程的公共点，求解转换参数。从RTK定位原理可知, GPS定位结果是点在WGS-84坐标系的几何位置,要想流动站得到精确的国家或地方坐标和高程,一要在基准站输入WGS-84系坐标,二要在流动站输入WGS-84坐标系与国家坐标系的转换参

三、GPS-RTK技术在道路勘测过程中的应用

（一）测区内的控制测量

采用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。若把RTK用于公路控制测量则不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。

（二）道路的横、纵断放样和土石方量计算

（1）纵断放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中(如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径)，生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设。

（2）横断放样时，先确定出横断面形式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输入到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。同时软件可以帮助你自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态GPS到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用，前景又广阔。

（三）道路中线放样

设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时，只要先输入 各主控点桩号，然后输入起终点的方位角，直线段距离，缓和曲线距离，圆曲线半径，这样就可以很轻松放样了，而且一切工作均由GPS电子手簿来完成。这种方法简单实用，比起传统的弦线拨角法要快速得多。

（四）绘制大比例尺地形图

高等级公路选线多是在大比例尺(1：1000或1：2000)带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力，非常实用。

四、公路测量中RTK技术应用前景

实时动态RTK技术在公路勘测中的应用，对等级公路的勘测手段和作业方法产生了重大改变，极大地提高了勘测精度和勘测效率，对公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景，为我国国民经济发展带来了可观的经济效益。