RTK技术在高速公路纵/横断面数据采集中的应用

摘要：本文介绍了rtk在高速公路勘测中纵、横断面数据采集的新方法。与以往的作业的方式有所不同，本文中对高速公路的纵、横断面数据的采集同时进行，且以电子方式进行记录。通过工程实例证明此方法比以往的方法效率更高，精度满足实际需求。

关键词 ： RTK纵/横断面 数据采集 电子记录

1引言

纵、横断面测量是高速公路勘测设计的重要内容，可为高速公路设计提供纵、横断面等资料。传统的纵断面测量方法一般都是在外业中采用测量仪器测出中桩的桩位和高程，横断面测量采用水准仪―皮尺法、横断面仪法、全站仪法或经纬仪数据法。这些方法都是采用手工记录，内业再输入电脑并编辑成图。这种作业模式工作强度大，效率低下，出错率高。尤其是公路里程达到上百公里时，其速度和质量都很难保证。为此，设计出一种能将外业数据与内业处理相结合的工作模式，将会大大的提高测量的效率。近年来随着RTK测量技术的出现，其高精度、实时性、高效性、全天候、多功能和易操作且误差无累积等特点，使得其在公路勘测中的应用越来越广。本文结合重庆市南川区至万盛区高速公路施工图勘察设计实例，探讨利用RTK测量技术来进行高速公路的纵/横断面测量。

2RTK技术简介

RTK（Real Time Kinematic）技术又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。它是GPS测时技术和数据传输技术相结合而构成的组合系统，它是GPS测量技术发展中的一个新的突破。

实时动态测量的基本思路如下：在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见的卫星进行连续观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电接收设备接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。

这样，通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛数据，从而可实时地判定解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间。

由于RTK技术的日渐成熟，它可以用于控制测量、碎部测量、点放样、直线放样、线路放样、断面测量等。

3测量方案设计

3.1 测量前的准备

（1）道路线形的输入：RTK提供了道路放样的功能。在放样前需要输入道路的线形文件，在手薄的输入选项里就可以输入道路线形，其要素根据道路直曲转表上的数据输入即可。

（2）基准站的设置：为了方便RTK的施测，基准站尽量架设在已知点上，基准点坐标可事先或者现场输入到手薄中，应尽量的架高无线电台的天线，连接相应的通讯电缆，在启动前应先新建一个项目，可用日期作为项目的名称。项目建立完成后应进行工地校正，注意工地校正GPS坐标的选取，一般就近选取，且四个点组成的平面应覆盖测区。确定无误后可进行基准站的启动，然后观察电台右上角的“Tran”指示灯是否闪动，如果闪动说明工作正常，否则重新设置基准站。

（3）RTK质量控制：为了保证RTK的质量，在测量前应就近联测其他几个控制点。

（4）连接好流动站后，即可进行测量工作。

3.2 RTK的作业流程

3.2.1 纵、横断面数据外业采集

测量工作在开始时应事先进行人员分工，一般测纵断面（放中桩）需要一个测量人员，左、右横断面各需要一个或两个人员（横断面人员的分配可根据仪器和人员的多少决定）。每天都要建立新的项目，可以用日期作为名称，以便数据的统一整理。

根据RTK的放样道路的功能，测量人员可以放出自己所需的桩号的位置，一般桩号间的间距不大于25米，测量人员可根据地形变化选择要放的桩号，当输入桩号后，RTK会提示桩号的位置，一般是以相对流动站前后左右的方式提示，测量人员可根据提示走到准确位置，并采集中桩的高程数据，测量点的名称改为“C”开头的编码，注意在测量时应把放代样码改为桩号和偏移量，测量后把数据保存在手薄里。

横断面测量跟中桩类似，横断面的测量的桩号应与前点所放的桩号对应，测量人员在一个断面上采集地形变化点的高程，输入桩号后，只需前后走到位，提示的左右距离为相对中桩的偏距，提示往左为右横断面，存储时点名称改为“R”开头的编码，同理提示往右为左横断面，存储点名改为“L”开头的编码。横断面采集的范围应由道路的征地范围决定。

纵断面采集和横断面采集同时进行，一般放前点的人员的速度会快于横断面人员，所以放前点的人员可以在采集完一定距离即可通过通讯工具告诉横断面人员要采集的桩号。

值得注意的是当遇到一些树林而Rtk无信号时，放前点的人可在附近采集一个等高的点，但横断面必须要在原来位置上，以便数据处理，所以可采用用经纬仪结合水准尺测线路横断面，而这些地方相对比较少，所以不会影响整个测量工作的效率。

3.2.2 内业数据的整理

为了防止数据的丢失，当天的数据应尽快导入电脑，RTK的导出的数据为Excel格式，下面某桩号的断面数据：

上表中点名为C开头的为中桩的X,Y,Z坐标。L开头的点为左断面的数据，R开头的为右断面的数据。其中一些重要的构造物如管线，水渠，旧路等可根据实际情况编辑点名。

4.RTK内外业一体化的工程实例

4.1工程概况

本项目为南川至万盛高速公路的施工图勘察设计，该项目位于重庆市万盛区和南川区，南起万盛区綦万高速公路万盛隧道出口，与已建成的綦江至万盛高速公路相接，北至南川区南川互通，与已建成的西部开发省际公路通道重庆至长沙高速公路相连。本项目地处四川盆地东南边缘与云贵高原北端之交汇地带，地形切割深、起伏大，海拔高程308m～839m，最大相对高差531m。由于工程所处的地理条件和工程自身的复杂性，对工程测量提出了很高的要求，同时项目工期要求十分紧迫，又进一步的加大了测量工作的难度。

4．2 设备

本项目采用的仪器为美国天宝（Trimble）公司生产的Trimble R8 GNSS型号RTK。该仪器采用最新型的R-跟踪(R-Trck?) 技术，能够提供可靠精确的定位能力。其定位精度如下表：

图1.天宝R8 GNSS型RTK 图片

下面是RTK采集的K0+750的数据：

上表中点名为“C021”的点为中桩的X,Y,Z坐标。L开头的点为左断面的数据，R开头的为右断面的数据。E列代表的是桩号。

通过此方法采集的点数据有几个优点：

1、采集的点可以在CAD上以平面的形式展现出来，既可以校核断面点的精度，又方便设计人员查找自己需要的外业资料。

2、通过编辑程序可以将上面的点数据自动生成横断面，减少了外业记录与内业输入的工作量。

3、以电子记录的方式减小了外业记录出错的几率，且容易归档

4 结果精度分析

为了检验RTK测量的精度，我们选择了一个些点位采用了全站仪测量和RTK同时测量，数据对比如下表：

从上表可以得出高程最大差值为1.6cm，完全满足高速公路外业勘测规范，证明此方法能够用于高速路的外业勘测。

5 结论

通过分析可以得出采用此方法不但提高了工效，而且精度很高，且避免了数据记录与输入、计算中的二次错误，同时减轻了数据校核的工作量。经过检查后得出结论，本工程成果完全满足规范要求，取得了良好的效果。

综上所述，采用本方法进行高速公路的勘察设计，充分发挥了RTK的功能。但信号问题仍然是其薄弱环节，所以如何提高在信号不好时测量点位的精度，是值得继续研究的问题。

注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看