基于GPS RTK技术的公路工程测量＊

2012-04-26孙宪兵郑卫锋孙奉劼

全球定位系统 2012年3期

孙宪兵，郑卫锋，孙奉劼，张爽

（65015部队，辽宁大连116023）

0 引言

GPS测量具有高精度、高效率的优点，在控制测量领域得到了广泛的应用。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大、效率低，采用GPS RTK静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据，RTK技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景［1］。

1 GPS RTK的基本原理及应用方式

RTK技术是以载波相位观测量为根据的实时差分测量技术，其系统由基准站、流动站和通讯系统组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，然后利用电子手簿根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度［2］。

RTK定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式。快速静态定位模式要求GPS接收机在每一流动站上静止的进行观测，在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标；动态定位测量前需要在一控制点上静止观测数分钟进行初始化，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置，其定位精度可以达到厘米级。两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS（地理信息系统）前端数据采集［3］。

2 GPS RTK的技术特点

GPS RTK的技术特点：

1）测站之间无需通视，全天候作业，作业效率高。

2）定位精度高，数据安全可靠，没有误差累积。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm＋1 ppm，而红外仪标称精度为5mm＋5ppm，GPS RTK测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。

3）观测时间短。采用GPS RTK布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。

4）提供三维坐标。GPS RTK测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

5）操作简便。GPS RTK测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成［4］。

当然，GPS RTK具有一定的局限性，其测量误差的来源是多方面的，如多路径效应、卫星星历误差、卫星钟误差等。实践证明，RTK不适合在信号不好的林区作业。

3 公路工程应用实例

应用GPS RTK技术进行公路中线测量，可同时完成传统测量方法中的放线测量、中桩测量、中平测量等工作，基本作业方法是：在路线控制点上架设GPS接收机作为基准站，流动站测设路线点位并进行打桩作业。根据所设计的路线参数，利用路线计算程序和GPS配套的电子手簿计算路线中桩的设计坐标。在流动站的测设操作下，只要输入要测设的参考点号，然后按解算键，显示屏可及时显示当前杆位和到设计桩位的方向与距离，移动杆位，当屏幕显示杆位与设计点位重合时，在杆位处打桩写号即可。这样逐桩进行，可快速在地面上测设中桩并测得中桩高程。并且每个点的测设都是独立完成的，不会产生累计误差。

在对某地区道路20km的路段500根中桩放样的过程中，为了检验RTK的放样精度，在该路段选取了部分具有带表性的特征点，用TC1800全站仪进行了放样检测，比较结果如表1所示。

表1 部分RTK与全站仪同桩号坐标误差比较

从表1可以看出，其结果完全符合有关测量规范要求。从整个作业流程分析，GPS RTK技术在公路工程测量中比全站仪具有更大的优势，GPS RTK让作业过程更加灵活，点位精度更加均匀，效率更高。RTK放样结果的精度，除受基准站点位精度影响外，还受模糊度解算误差、坐标系统转换误差、GPS天线对中误差等的影响。RTK测量的点位精度可达厘米级，与传统测量方法相比各点位之间不存在误差累积，满足高等级公路放样测量的精度要求［5］。