GPS及RTK在桥梁复测中的精度探讨

朱军桃,孙昌瑜,焦元元

(桂林理工大学土木与建筑工程学院,桂林 541004)

GPS及RTK在桥梁复测中的精度探讨

朱军桃,孙昌瑜,焦元元

(桂林理工大学土木与建筑工程学院,桂林 541004)

探讨了应用GPS及RTK技术对桥梁施工控制网以及桥梁轴线复测的精度,并与常规的测量方法进行比较分析,得出了GPS及RTK技术可应用于桥梁控制网的建立和桥梁轴线点位的基础测量工作中.

GPS;RTK;精度;比较

0 前 言

随着我国交通事业的蓬勃发展,桥梁建设已经迈入了一个新的历史阶段,正由桥梁大国向技术强国迈进.各种特大型桥梁飞跨南北,成为国家交通网络中的重要枢纽.在这些科技含量高、工程规模浩大的桥梁建设中,测绘作为建设的先行,贯穿整个桥梁建设的始终.但我国在建和拟建的许多特大型桥梁中,由于其工期时间长、地理条件复杂,施工工艺和精度要求高,所以在桥梁施工过程中,对已有测量成果进行定期的复测是十分必要的.下面笔者以郴汝高速公路第22合同段的王子塘水库大桥复测为例对GPS及RTK的精度进行了分析比较.

1 GPS及RTK的工作原理

1.1 GPS的工作原理

GPS通常采用测距的方法来提供各种数据.除此之外,还可采用多普勒定位与测速法、载波相位法和干涉法定位.

GPS用户设备接收卫星发布的信号,根据星历表信息,可以求得每颗卫星发射信号时的位置.用户设备还测量卫星信号的传播时间,并求出卫星到观测点的距离.如果用户设备有与GPS系统时间同步时钟,那么仅用三颗卫星就能实现导航,这时以三颗卫星为中心,以所求得的三颗卫星的距离为半径作三个球面,观测点就位于球面的交点处.由于测量存在着误差,通常采用观测四颗以上卫星的方法测其伪距,建立方程组,就能比较精确的解得观测点的三维位置和用户钟误差.

1.2 RTK的工作原理

RTK即实时动态测量,它实现的是实时全球定位,又称载波相位动态实时差分技术.它能够实时提供测站点在指定坐标系统中的三维定位结果,并达到厘米级精度.其工作原理是将基准站采集的GPS卫星载波相位观测值通过调制解调器进行编码和调试,经电台数据链法射出去.而移动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测值的同时,也接收来自基准站的电台信号.移动站通过解调得到基准站的载波相位观测值,再利用OTF技术对由基准站和移动站采集的载波相位观测值所确定的差分改正数动态求解整周模糊度.在整周未知数解固定后,对每个历元进行实时处理.只要能保证4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的卫星几何图形,移动站可根据给定的转换参数进行坐标系统的转换,从而实时给出厘米级的定位精度.

2 GPS及 RTK在王子塘水库大桥复测中的精度分析

2.1 工程概况

王子塘水库大桥是汝郴高速公路22合同段的项目,是由湘潭路桥公司所承建,全长0.5 km的曲线高架桥 .其大致位于东经 113°04′,北纬 25°34′左右.这个测区所属投影分带为 6°带的第19°带,3°带的第38°带.该项目选用 3°带投影方式,其中央子午线为114°,根据《全球定位系统(GPS)测量规范》的技术要求,GPS相对定位测量的平面坐标系统选用北京―54坐标系.

该地段两岸地势高低起伏,地物稀少,地面和空间通视条件较好,无明显遮盖物,符合GPS及RTK观测条件的要求,故采用GPS及RTK对桥梁施工过程中的已有成果进行复测.

2.2 GPS测量与常规控制测量点位精度的比较

(1)常规平面控制测量的平差精度

王子塘水库大桥首级控制网的建立是按照一级导线测量的的精度要求进行布设.采用拓普康GTS330N全站仪(测角精度为2″测距精度:±(2mm+2 ppm*D))对各个导线点进行两个测回的角度及边长的测量,形成附和导线,其中已知点坐标为D1(30250.424,8078.387,646.9600)、D2(29943.487,8233.887,655.7084)、D3(31520.411,7192.889,628.758)、D4(32016.102,6984.541,603.960),已知方位角为 α12=153°07′57″,α34=337°12′08″.外业测量完成后,将其控制点及加密导线点之间的角度和边长输入到平差易软件后,设置相应的平差参数,经导线网平差得各导线点的中误差如表1所示.

表1 导线控制网平差精度 单位:mm

(2)常规高程控制测量的平差精度

王子塘水库大桥的桥梁高程控制网的建立是用拓普康DL-111C电子水准仪进行高差的三等水准测量,每公里往返测高差中误差为±0.3mm.将观测数据输入到平差易软件经水准网平差后得中误差如表2所示.

表2 水准测量精度 单位:mm

(3)GPS网的控制测量平差精度

本次王子塘水库大桥控制网的复测采用了三台华测X90的GPS.其精度指标为:静态平面精度:±3mm+1 ppm;静态高程精度:±5mm+1 ppm;RTK平面精度:±1cm+1 ppm;RT K高程精度:±2cm+1 ppm.一个时段的观测时间为45 min,外业完成后将观测数据下载到计算机,然后将其导入随机携带的华测Compass的GPS平差数据处理软件中,平差之后得到中误差如表3所示.

表3 GPS控制网平差精度 单位:mm

(4)GPS控制测量与常规控制测量的精度较差

GPS控制测量与常规控制测量的坐标、高程精度较差如表4所示.

表4 坐标、精度较差 单位:mm

由表4可知:X坐标的精度最大较差为0.7mm,Y坐标的精度最大较差为0.7mm,高程的精度最大较差为1.4mm.

通过对上述实例的比较分析,可以看出,应用常规控制测量的方法,其平面坐标的测量精度比应用GPS的测量精度低,但在高程控制测量中,其精度却高于应用GPS的精度.

2.3 RTK测量与全站仪极坐标法测量的精度比较

(1)极坐标法测量

王子塘水库大桥桥梁轴线的检测首先是运用全站仪极坐标法进行施测.其控制点为R1(30948.9337,7332.8994,629.1650)和R2(31084.0092,7262.1984,632.1509),其方位角为 αR1-R2=152°22′19″.极坐标法测量示意图如图1所示.

图1 极坐标法测量

由图1可得:

式中αAC=αAB+β.

在运用全站仪对王子塘水库大桥桥轴线测量时,其角度测量两个测回,距离测量四次.然后按公式(1)式计算各测量点的坐标,结果如表5所示.

表5 极坐标法测量坐标 单位:m

(2)RTK测量与极坐标法测量坐标较差的比较

RTK点位测量的坐标结果在其手薄上显示,数据如表6所示.

表6 RTK测量坐标 单位:m

则RTK测量与极坐标测量的坐标较差如表7所示.

表7 坐标较差 单位:mm

由表7可知,X坐标的最大较差为21mm,较差值中误差为 Mx==14mm,Y坐标的最大较差为17mm,较差值中误差为:My==13mm.

以上结果表明:RTK测量与全站仪极坐标法测量的较差值大部分为厘米级,但其精度指标都能满足工程的需要,采用RTK测量提高了定位精度,确保了测量成果的可靠性,而且测量误差均匀独立没有误差积累.因此,桥梁施工中的点位基础测量工作可以应用RTK技术来实现.

3 结 论

本论文通过GPS及RTK对郴汝高速22标段的王子塘水库大桥的复测,得出了常规测量的平面精度与其GPS测量的精度相当,但在高程控制测量中,其精度却高于应用GPS的精度.因此建议在控制测量中,运用GPS定位技术与常规控制测量技术联合测量的方法,以便得到高精度的控制点三维坐标成果.通过RTK技术对桥梁轴线的复测,得出了RTK测量的与其全站仪极坐标法测量都能满足一般工程的需要,而且RTK技术又有其独特的优势,因此可以将RTK技术应用到桥梁施工中的点位基础测量工作中.

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[4]李 召,佘冬芝,王艳利,项 鑫.GPS在桥梁施工控制网复测中的运用[J].中国西部科技,2010,(2).

[5]刘文亮.全站仪施工放样测量的精度探讨[J].山西煤炭[J],2008,(5).

Precision of GPS and RTK in Bridge Repetition Measuring

ZHU Jun-tao,SUN Chang-yu,JIAO Yuan-yuan
(Civil Engineering College Guilin University of Technology,Guilin 541004,China)

T his article discusses the precision of GPS and RTK technology in bridge construction control nets and axis measuring,and analyzes the traditional measuring way.It can be concluded that GPS and RTK can be applied in establishing bridge control network and measuring point.

GPS;RTK;precision;comparision

P228

A

1671-119X(2011)01-0089-03

2010-10-08

朱军桃(1970-),男,副教授,研究方向:工程测量与数据处理.