GPS―RTK技术在公路工程测量中的应用

摘要：GPS-RTK是近年来发展速度加快的一种测量技术，具有诸多的优点，在城市公路工程测量中得到广泛的应用。本文结合工程实例，通过阐述GPS-RTK技术的主要原理及测量流程，着重探讨了GPS-RTK技术在公路工程测量中的应用，并总结了相关注意事项，以供参考。

关键词：GPS-RTK技术；测量流程；公路工程；注意事项

随着我国城市化进程的加快，城市道路基础设施建设得到进一步的发展，公路工程建设数量日益增加，这对公路工程的测量工作质量提出了更高的要求。GPS-RTK是一项新兴的测量技术，它主要将GPS与数传技术结合起来，实时解算并进行数据处理，在短时间内可以得到高精度的位置信息，为公路测量提供科学的数据指导。同时GPS-RTK技术具有测量精度好、实时性强、适用范围广和效率高等优点，目前广泛应用于我国城市工程项目测量工作中。但GPS-RTK技术在发展过程中仍存在一些问题，若不及时进行有效的控制，则会影响到测量结果的精度，导致无法为测量人员提供科学的数据。因此，测量人员应逐步完善GPS-RTK技术，使其更好地应用于公路工程测量工作当中。

1 工程概况

梅州市梅县扶大至五华县大坝公路等级为二级公路，设计速度为40km/h，路线全长为62.6km。本项目外业测量主要采用GPS-RTK测量技术，仪器型号为中海达双频RTKV30型。平面系统采用1980西安坐标系，设控制点88个；中央子午线为东经117°00'00″；高程系统采用1985国家高程基准。

2 GPSRTK技术的基本原理

GPSRTK测量技术是GPS定位技术中的一种实时动态差分技术，在外业测量中能够实时得到数据，并能达到厘米级精度的定位。根据钟孝顺和聂让先生编著的《测量学》介绍，RTK技术实际上采用了GPS定位技术中载波相位动态实时差分的方法，载波相位实时差分（Real Time Kinematic）简称“RTK”，该系统主要是由三个部分组成：基准站部分、流动站部分和通讯设备部分，基准站部分包括基准站接受机、电台、天线等，流动站可为一台或多台GPS接收机，还配套有手薄、天线和对中杆等。RTK的基本原理是以基准站为参考站，搜索所有可观测到的GPS卫星进行连续观测，再由通讯设备部分将其观测数据实时地发送给流动站部分；流动站接收机能在接收GPS卫星信号的同时，接收由基准站部分传来的观测数据，后由差分定位原理计算出流动站的三维坐标和精度，并实时显示于手薄中，如图1。

3 GPSRTK技术的外业准备和测量流程

3.1 GPSRTK技术的外业准备

3.1.1 掌握项目大体情况

首先要掌握该项目的地理位置和测量范围，控制网的经纬度范围、平面坐标系统、高程系统和实际控制面积，控制点的数量、密度和分布情况、控制网的测量等级及相应的精度要求。其次需要大致掌握测区范围内的交通、水系、地质和气象等情况，对整个测量过程的测组分配、作业时间和经济开支有个大体规划。本项目平面系统采用1980西安坐标系，高程系统采用1985国家高程基准，88个控制点分布于路线两侧，测量范围为约62.6km。

3.1.2 资料收集和技术设计

资料收集包括测绘资料和辅助资料。测绘资料的收集主要包括公路走廊带的各比例尺地形图收集和各类控制点的资料收集。针对GPSRTK测量的控制点主要有各等级GPS点、导线点等。辅助资料主要包括公路范围内的交通水系、地形地貌、通讯气象等情况。技术设计即为对整条公路进行测量等级确定、观测要求划分、仪器参数设置、人员任务分配等，形成一个具有可行性的整体规划。本项目68个控制点都属于GPS测量点，连同1∶2000的矢量化地形图都由受业主委托的航测院提供。GPSRTK测量的等级为三等。GPS观测的主要技术要求如下表：

3.1.3 测区踏勘和计划调整

在形成整体规划后，需组织有关人员进行测区踏勘，对之前收集的资料和掌握的情况进行现场核实，如有与资料不同的，或与之前安排不够妥当的情况，须在外业测量出发之前针对该部分计划做出适当调整，尽量避免在实地测量中出现不利或被动情况。

3.2 公路外业应用GPSRTK技术测量的具体流程

3.2.1 GPSRTK的参数设置

GPSRTK的参数主要包括椭球长半轴a值、椭球扁率f值、投影比率m0值、投影高h值等，其设置有两个方法：（1）由测绘局或委托的测绘公司提供的基准转换参数（七参数或三参数等），直接输入手薄进行设置即可；（2）将实地控制点全部或部分输入手薄，经计算得出相应七参数或三参数。期间选择的控制点应均匀分布于测区，数量上不应少于4个且越多越好，使得所有的预测点都能处在选取控制点的涵盖范围内。本项目采用控制点输入计算法获得GPSRTK参数，将68个GPS控制点导入RTK手薄并进行计算，从而获得具体参数。随后向RTK手薄导入由纬地软件制作的道路文件，为后期的公路实地测量提供数据支持。

3.2.2 架设仪器和坐标校正

在公路实地测量前，先要找到一个视野比较开阔、地面基础比较稳定的地方，架设RTK基准站和安装流动站，打开手薄选择工作模式并查看搜星情况、差分信号情况、已导入的控制点文件和公路路线文件等。待出现固定解时，找到最近的已知控制点进行坐标校正。

3.2.3 GPS数据采集

在坐标校正之后即可进入GPS数据采集阶段，只要满足GPSRTK作业的基本要求，流动站所到之处的所有待测点都可精确定位至厘米级别，并能够对GPS数据实时显示和储存。本项目为公路外业测量项目，具体测量方法是根据RTK手薄中的公路纬地文件，将路线各个中桩先放样到实地上，随即进行该处的GPS数据采集并保存。GPS数据采集主要包括该点处的坐标值与高程值。

3.2.4 RTK基准站的搬站

GPSRTK测量技术以电磁波形式向外传播差分信号，一般可覆盖15～30km范围，不受通视要求限制，但会受到高大山体、浓密山林等周边环境的影响，导致信号薄弱或接收不到信号等状况出现，故必要时应对RTK基准站进行搬站，在搬至另一合适地点后重新架设，并需坐标校正后继续采集数据。

3.2.5 GPS数据处理

在公路实地测量中，不可避免地会对GPS数据进行删除、修改、读取、储存等处理操作。GPSRTK测量技术结合二次开发的公路测量软件，并置于RTK手薄中，完全可以在RTK手薄的软件实现上述操作，并可通过格式转化与各类道路软件实现数据互通。在完成了所有数据的采集、储存之后，公路外业测量部分即算完成。

4 公路外业测量中的几点建议

经过本公路外业测量，GPSRTK技术应用于公路外业测量可谓优大于弊，这也正是其能在公路外业测量中被广泛应用的原因。针对GPSRTK技术在公路外业测量中所存在的一些问题，提出以下几点建议，希望能对GPSRTK技术在公路外业测量应用中有所帮助。具体建议如下：

（1）条件容许时尽量采购质量优越的RTK设备，保证器材质量和减少硬件误差。

（2）RTK基准站的架设地点，尽量选择高而宽阔的地方，且接近待测的公路段，同时避免与高压电线塔、通信信号塔等过于接近，以保证差分信号不被过分干扰。

（3）对太阳黑子、测区气候、测区地物等进行关注与了解，适当调整测量计划。尽量安排RTK测量在信号稳定期间进行。一般情况下，太阳黑子活跃期、测区天气恶劣期、测区位于深沟密林中的卫星信号不够好。

（4）参数设置时要确保无误，并对器材进行试测，以熟悉公路软件的操作细节和判定数据算法的合理性。试测合格后才可采用本套RTK器材进行实地测量。

（5）在公路实地测量中，流动站与手薄分开的距离不可过大，一般不超过10m，以防止蓝牙终断而需要重新搜星和解算。

（6）在流动站接收差分信号不稳定时，可适当调高基准站的电台功率，以增强差分信号的传播力度和覆盖范围。

（7）流动站在移动过程中应尽量保持流动站接收机的顶部对着天空。

（8）GPSRTK技术可实现多台流动站同时进行测量，而且不会相互干扰。建议在有条件的情况下采用多台流动站同时测量，不仅为公路外业测量增加了多个工作点，同时也可相互进行复核校对，提高了测量效率也减少了错误几率。本公路外业测量中采用RTK1+3模式，有三台流动站同时进行公路各段的实地测量。

5 结语

GPS-RTK测量技术是GPS技术的重要组成部分，具有其它测量技术无法比拟的优点。它极大地改变了以往传统的测量模式和习惯，有效降低了测量人员的工作强度，提高了测量结果的精度，并发挥出积极的经济效益。本文综合探讨了GPS-RTK技术在公路工程测量中的应用，希望对GPS-RTK技术的推广应用有所帮助。

参考文献：

[1] 曾涛.浅析GPS-RTK技术在公路工程测量中的应用[J].黑龙江交通科技.2013年第02期

[2] 刘家庆；杨楠. GPS-RTK技术在高速公路征地测量中的应用[J].西部交通科技.2012年第01期