浅谈GPS和RTK技术在道路放线中的应用

【摘要】GPS-RTK技术在道路测设中，具有高精度、快速度、省劳力的优势。本文先分析GPS-RTK的技术原理，然后介绍道路里程桩坐标数据的计算方法、转换参数的计算方法，最后提出GPS-RTK基准站与流动站的作业要求等。

【关键词】GPS-RTK技术；道路放线；转换参数；曲线测设数据

1 GPS―RTK技术原理

GPS―RTK原理为依靠基站利用数据链实时把其载波观测量与站坐标信息一并传给流动站，流动站收到GPS的载波相位，得出相位差分观测值，经过实时处理计算出厘米级的平面定位结果、五公分中误差的高程拟合值。GPS-RTK技术提供测点的三维坐标，观测耗时很短，测量精度至厘米级，其由一台基站GPS接收机、一台或多台流动站GPS接收机组成，固定的基站发射其收到的卫星载波信号，流动站独立实时解算待测点坐标。无需流动站和基站之间或流动站相互之间通视，但要流动站收到基站的电台信号，还有一定量的卫星，所以在平坦无遮挡区域，流动站的工作进度受交通便利程度的影响。

2 道路里程桩坐标数据计算

利用VB6.0编写坐标计算程序，依据道路设计缓和曲线测设数据计算，按已给的桩距算出整条线路上各里程桩的坐标，或算出指定曲线的里程桩坐标。计算结果通过GPS-RTK输入RTK手簿中，供施工放样使用。结合了传统测设方法与现代技术，将道路曲线测设数据软件分成缓和曲线测设数据计算、圆曲线测设数据计算、全线坐标计算。

使用RTK手簿进入SP软件，在Job或Road功能下选取定线编辑。随机软件SP可以道路放样，但要输入起讫桩号、曲线要素等，过程繁琐易出错，实际中用道路设计软件DICAD生成逐桩坐标，利用SL软件把坐标以文本文件形式上传至手簿。逐桩坐标数据传进手簿后，便可用SP软件实行中桩放样。

3 转换参数计算

GPS测量于WGS-84坐标系中实行，工程中各种测量及定位在当地局部坐标系与水准高程面上实行，在GPS-RTK路线放样前，要先确定两者间的转换关系，在平面点位放样时，要把已知地面坐标系坐标转为WGS-84坐标，从而找寻实地点位，点位确定后要把测量的大地高程结果转为水准面高程，所以转换参数影响着待测点精度。GPS-RTK放样通常使用经典法或一步法来定两种坐标系间的转换关系。

经典转换方法利用地图投影方式实现两坐标系间的转换，最多可决定七个转换参数，实现一个直角坐标系至另外一个的转换。经典转换法需要地方坐标系参考椭球体和投影参数，要三个以上已知点在不同大地测量基准中的坐标，其优势是可以保持GPS测量精度，如果地方坐标精密，公共点分布适宜，任何区域都可使用。一步转换方法利用二维赫尔墨特转换与近似高程转换，不用地方坐标系的参考椭球核投影参数，因为平面转换与高程转换分开，所以高程误差与平面误差互不影响。

计算完转换参数，利用其重新匹配每个控制点的残差，在五公里直径内的区域点位残差要低于5CITI为适宜。若残差过大会导致出现粗差，要重新选择公共点计算至满足限差为止。公路测设放样于规定区域内确定转换参数，适宜范围山区五公里、平原十公里，参与转换的控制点要在一个系统，在同一控制网进行过平差处理，其控制网精度要在四等之上，待测点要在其对应的转换参数区域内。

4 GPS―RTK基准站作业要求

选择基准站位置通常在GPS高等级点上，地势高的地方利于电台有效发射，电台发射天线装卸时，不能触及电线，且要远离大功率无线电发射源或高压线；点位选择要在交通便捷之地，有利于迁站，同时其周围适于安置天线及GPS接收机，视场内周围障碍物高度角要在15°以下；点位要在一个观测时段的中间位置，在设站困难之地可用准动态测定某点作为基站点。

基准站作业方法是控制器选择基站静态测量模式，输入基准站点大地坐标，电台发射观测量，指标要求卫星数在四颗以上、GDOP在5以下、高度角15°以上。

5 GPS―RTK流动站作业模式及要求

流动站的组织形式因为受到电台发射距离及接收机解算速度的限制，一个基准站测段距离控制在十五公里以内，利用两台流动站观测；观测形式主要为两边汇合、中间分开、两台并行，当测段中间是不可通行区域采取两边汇合，若两端交通不便采取中间分开，若比线距离在三公里之内采取两台并行，流动站要避开高压线、建筑物、树林。

流动站的作业方法是控制器选择实时动态测量模式；静态初始化输入桩号点大地坐标；电台接收基站观测量，放桩测量设置方向点，依据放桩图样移动，当Dx，Dy都低于1公分即可定下桩位，记录放样点坐标及高程；转换基准站前和上次放样桩位检校，放桩进行中和控制点检校；指标要求卫星数在5颗以上,高度角15°以上，GDOP在5以下，静态初始化CQ低于1公分，流动观测CQ低于3公分，测杆对中误差在0.5公分之内。

6 GPS―RTK精度统计及误差分析

为检验GPS-RTK放样的可靠性，利用沿线已知控制点实行放样，核检GPS-RTK放样的平面精度，检查控制点23处，方向相对中误差为±0.0189m，Y方向相对中误差为±0.0227m。经过统计数据表明GPS-RTK平面精度符合公路勘测规范要求。

误差的来源其一是卫星误差，如卫星星历误差、卫星钟误差、地球自转影响等；其二为信号传播误差，如电离层、对流层对信号的延时、反射物体的多路径效应；其三是观测误差，如天线对中误差、天线相位中心偏差、几何精度衰减因子GDOP、实时定位精度标CQ值；最后为基站控制点的误差影响。

减小误差的方法其一是利用相对定位、差分法计算消除来固定误差；其二为选择最佳观测时段及15°以上的卫星仰角，降低了GDOP值而提高了精度；其三是固定站天线对中限差0.1公分，流动站天线对中限差0.5公分；其四选择适宜的基线范围、卫星高度角，避开接收天线遮挡物，从而减少CQ值，固定站低于10公分，流动站低于30公分；最后为选择适宜的转换参数测段范围，有效提高高程精度。

参考文献：

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