RTK在道路工程测量中的应用研究

2013-06-25刘宁

中国信息化·学术版 2013年3期

刘宁

【摘要】在介绍RTK技术基础原理和特点的基础上，详细阐述了采用RTK测量设备在道路初测、道路定测方面中控制测量、中线放样测量上的具体应用。进而说明RTK技术在道路工程测量中的应用、管理方面有着广阔的应用前景，可为国民经济发展带来可观的经济效益和社会效益。

【关键词】RTK；工程测量；应用

【中图分类号】TB22 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0244-02

引言

随着我国国民经济快速发展，西部大开发的实施，各地的高等级公路建设迎来前所未有的发展机遇，这就对公路勘察设计提出了更高的要求，传统的道路工程测量工作要经历道路初测、定测等阶段，用传统的导线测量、传统的高程测量、水准测量，最后还要进行纵横断面图的绘制，无论采用哪种方法都要求碎部点必须与测站通视，而且每台仪器一般要求至少三到四人操作。常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期，不能满足快速、准确、高效的要求。现在用RTK技术测绘地形图不仅可以不用布设控制网，而且速度快精度高。同时也能大大提高道路工程测量的效率。

1 RTK系统简介

1.1 RTK基本原理

实时动态定位技术（Real time kinematic），是以载波相位观测值为根据的实时差分技术，简称RTK。它是一种新的常用的GPS测量方法，是GPS测量技术发展中地一个新突破和里程碑。该测量系统主要由一个基准站、一个或若干个流动站、通信系统三大部分组成。它的基本原理是在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并且将接受到的所有卫星信息（伪距和载波相位观测值）及基准站信息（基准站坐标、天线高等）一起由通信系统传送给各流动站。在流动站上，GPS接收机通过无线电接受设备接受基准站传输的观测数据，同时自身也采集GPS观测数据，在观测四颗以上卫星后，根据相对定位的原理，在系统组成差分观测值进行实时处理，在进过坐标转换和投影改正，即可实时计算并显示流动站点位的三维坐标及坐标精度指标。

1.2 RTK技术的特点

RTK测量技术有以下主要特点

①一个以上已知控制点即可工作，这在测区周围已知控制点破坏严重、资料不好收集的情况下不致影响工作。

②直观快捷，可以实时观测、记录、使用测量数据，无需再进行复杂的平差计算。

③定位精度高且点位精度分布较均匀，数据安全可靠，其站间无需通视，每个点的误差均为随机产生，不会向传统测量一样产生误差累积，成果可靠。

2 RTK在道路工程中的应用

2.1 RTK在控制测量中的应用

道路测量时首先在A、B级GPS首级控制网的基础上，采用静态测量方式加密一级GPS点，并对控制网的A、B级GPS点和一级GPS点按照水准测量规范进行四等水准测量。再用RTK技术做图根控制进行线路地形测量。

2.2RTK在碎步地形测绘中地应用

采用RTK进行测图时，速度快，效率高，节约人力。仅需一个人在地物地貌等碎布点上观测3S左右，即可完成一个碎部点的采集，同时可掌握点位精度，用RTK进行野外数据采集，可不遵循从整体到局部，先控制后碎部的原则，图根控制测量和碎部测量可同步进行，在GPS卫星受遮挡的地段，用RTK对这一区域附近不受遮挡的适当位置施测成对的图根点，用这对图根点做控制以便使用常规方法采集。

2.3RTK在道路中线测量中地应用

采用常规放样方法要求点间通视情况良好，要放样出一个设计点位往往需要来回移动目标，而且要2-3人操作，在生产应用上效率不高。公路路线主要由直线、缓和曲线、圆曲线构成，应用RTK技术进行道路中线测量中，在测量前进行坐标转换参数的计算，已把GPS测量结果转换到工程采用的坐标系统，在内业根据设计数据计算出各待定点的坐标，将待定点坐标数据，以及沿线路的控制点的坐标数据传输到RTK设备配置的电子手簿中，有了这些坐标数据，然后只要输入各点的桩号，即可进行放样操作，这种方法简单实用，如果需要在个直线段和曲线段间加桩，只需输入加桩点的桩号就能自动计算放样元素。

2.4RTK在道路纵、横面测量中的应用

RTK测量时，道路中线确定后，利用中线桩的点坐标和线路数字地形图测绘成果，只要在控制点上设置基准站，利用流动站直接测定三维纵、横断面特征点数据，在利用断面绘图软件生成纵、横断面图。常规的中线测量总是先确定平面位置，而后在确定高程。即先放线，在做中平测量。RTK技术可提供三维坐标信息，因此，在放样中线的同时也获得了点位的高程信息，无需再进行中平测量，大大提高了工作效率。且在RTK定线测量中首级控制网与中线桩点联系，不存在中间点的误差累计问题，因此，能达到很高的精度，适合高等级线路工程的要求。

可见应用RTK技术进行道路中线测量时，可同时完成传统测量方法的道路纵、横断面测量工作。且RTK测量的所有数据都是测绘地形图时采集的，不需要再到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。

3 RTK技术应用的优越性和局限性

3.1优越性

采用RTK进行测绘，不要求点间通视，仅需要在待测点的地物地貌碎部点等待几秒种，并同时输入特征编码。通过手簿可以实时测定碎部点的坐标而且可以知道其点位精度，测完一个区域后回到室内，用专业软件接口就可以输出所要求的各类要素。与传统测量相比具有以下优越性。

①作业效率高，人员少，测量精度高，点位精度分布较均匀，节省费用。不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难、局部重要工程地区等。

②GPS RTK与全站仪相互配合，给野外工作带来极大的便利。省时、省力，达到事半功倍的效率。它在公路测量方面的应用，极大地方便了测绘工作者的野外工作和室内资料整理。

③具备实时性，精度可达到厘米级，流动站利用同一基准站信息可各自独立开展工作，并且实时提供测点三维坐标，现场及时对观测质量进行检查，避免外业出现返工，GPS误差不累计。

④发展前景好。它是一种行之有效的测量方法，在各种测绘中的应用前景将更加广阔。GPS RTK技术是测量技术发展的一个新突破，蕴含着巨大的技术潜力，有着广阔的发展前景。

3.2局限性及解决方法

3.2.1信号强度不够

山高林密，一些“V”型沟底，卫星接收数量不足，无法满足动态测量模式工作的基本要求，因而使用RTK进行工作时获得固定解非常困难，速度慢且效率低，还有在工作面积大，工程分布广，点与点之间距离远的情况下，受RTK无线数据传输距离限制，需频繁搬动基准站，亦难提高工作效率。RTK测量这一局限性，使我们多数时候很难再有限的时间内完成测量任务，影响了相应工作的正常进行。为了有效完成任务，在RTK测量困难地区，采用GPS快速静态测量方法或传统的全站仪极坐标法来完成任务。

3.2.2误差来源及削弱措施

RTK技术在测量时，有卫星星历误差、卫星钟误差、多路径效应，还有作业的对中误差。作业时需注意一下几点。

1电离层的影响，主要是基准站与流动站之间的距离较远或高差较大时，或者卫星高度角较小时，这种误差能达到10cm-15cm，在作业时应尽量避免。

2多路径效应的影响，在树林、河流旁边等地段时，应适当延长观测时间。

3高程拟合方面的影响，大地水准面模型的精度高低也直接影响内插值的精度。

4 工程实例

我单位承担的奎赛一级改高速工程项目，通过RTK直线放样、地形测量、纵横断面测量、工程放样等多种工作同时开展，在短短的四十天内，完成了超乎想象的工作量，给公路设计工作提供了有力可靠地测量基础工作保障，受到甲方的好评。

5 结束语

如果说全站仪的应用使传统的测量方法实现了质的飞跃，那么RTK技术的应用则给测绘业带来了一场革命。RTK定位系统具有定位精度高，定位速度快，实时提供三维坐标，操作简便，全天候作业及地面连续覆盖等特点，在道路工程测绘方面得到广泛应用，大大提高了测量作业效率，降低了劳动强度，也节省了测量费用。

参考文献

[1]浙江省测绘局，国家测绘局重庆测绘院.CH/T2009-2010，全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范[S].北京测绘出版社，2010.

[2]于小龙，胡学奎，GPS RTK技术的优缺点及发展前景[J].测绘通报，2007（10）：39-40.