GPS-RTK 与全站仪联合使用在公路测量中的应用

王志强

(山西路桥第二工程有限公司，山西临汾 041051)

0 引言

随着GPS测量技术的快速发展和日益普及，其所具有的定位精度高、作业迅速、无需通视及全天候作业等特点，被广泛应用于各种测量工作中。弥补了“传统测量中全站仪无法在光学‘通视’不能满足要求的环境工作，并还要大量布设测量点，容易造成误差累积和传播，影响测量精度”的缺陷。如果将GPS-RTK和全站仪联合使用，集合了两种测量方法的优点，减轻了测绘人员的工作强度，提高了工作效率和测绘精度，尤其在地形复杂的区域，联合测量采集更显示了不可替代的优越性。我公司通过详细分析GPS-RTK和全站仪两种测量仪器的使用方法及优缺点，在几条高速公路测量中采用了“GPS-RTK与全站仪联合测量技术”，快速、准确、高效的完成测量任务。

1 GPS-RTK测量的优点

1.1 作业效率高

RTK测量时只需较少的控制点，也就不需要经常迁站，一个基准站数据链可以控制十几千米的测程距离，节省了迁站上的时间，另一方面RTK测量投入的人员少，一般一组只需1人～2人，而全站仪一组则要配3人～4人，特别是在山岭建设区高速公路中，路基路面工程更能发挥其优势。因此利用RTK进行碎部测量，可以提高外业测量效率，能大大节省人力、物力，减少野外砍伐工作量，减少一些不必要的过渡点。

1.2 定位精度高

用RTK技术在线路测量工作中，可以使各次测量的点位误差各自独立，互不影响，不会累积和叠加，在使用RTK技术测量的有效半径内，水平、竖直方向的精度可以达到厘米级别。实验证明:RTK精度为5 mm±1 ppm，而全站仪标准精度为5 mm±5 ppm。

1.3 测站点间无须通视

RTK测量在测站之间无须通视，只需要电磁波“通视”即可，所以受自然环境和条件的影响较小，测站选点更加灵活方便，可以实现全天候作业。

1.4 自动化程度高

目前GPS接收机已趋小型化，轻便化，实测人员只需将天线对中、整平，量取仪器高、打开电源、监视仪器的工作状态即可进行自动观测，利用数据处理软件对获取的数据进行内业处理后，即求得测点的三维坐标，大大减少了工作量。

2 GPS-RTK测量的基本原理

GPS-RTK测量有两种测量模式，即动态测量和静态测量。

1)动态测量技术是基于载波相位观测量为依据的实时差分测量技术，它由三部分组成:基准站接收机，流动站和数据传输链路。基准站接收机架设在已知坐标的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号进行定位计算，显示出流动站所处位置的三维坐标，同时也可显示出测量精度，以判断是否满足测量要求。两台GPS流动站接收机在初始化后，通过无线数据链，接收来自基准站的载波相位观测值、伪距观测值等数据的同时也同步观测采集GPS卫星载波相位数据，通过系统内差分处理求解载波相位整周模糊度，实时求算出流动站的平面坐标和高程。

2)静态测量技术是用3台或3台以上GPS接收机同步观测，对观测值进行处理，利用GPS控制器内置的实时处理软件求解基准转换参数，最终测到测点的坐标。

3 GPS-RTK测量的操作要点

以我公司施工的“忻保高速公路路基L21标”为例，简述如下:

忻保高速公路路基L21标全长8.8 km，位于岢岚县与保德县的交界之中，线路处于山岭区、山高沟深、沟壑纵横，沟谷多呈“V”字形，而且本段桥梁多，规模大，并且处在河道中，河道最深达50 m左右。测区处于深山腹地，动态测量除几处外都不适合GPS-RTK测量，作业时将基准站设在大致全线山体最高处，由于山体阻挡的原因信号接收差，距离最远待放样点300 m左右，所以选用GPS静态测量。RTK在静态作业模式中的测量步骤如下。

3.1 控制网点

本合同段设计院给出15个平面控制点，经过寻找，找出8个，有7个被破坏。结合路线的地形特点及今后隧道、桥梁、路基的施工放样为工程施工提高放样精度，决定在原基础上进行控制点的加密。加密的控制点布设方案为:以路线走向布设Ⅰ级附合加密导线点，每300 m左右的长度布设一点、共加密了13个点，且通视良好;并以D级GPS网组成，以相邻标段的两个已知点作为导线起点，采用3台GPS接收机观测，网形布设成边连式，且每个网交接处公共边均进行联测，并且满足Ⅰ级导线测量规范要求。

RTK对于我段的平面控制、高程控制，测量技术标准主要以GTJ1980为依据，测量要求以D级GPS网作为测区平面控制的首级控制网。

3.2 外业实施

1)观测。

在3个点上同时安置3台GPS-RTK接收机，操作步骤为:a.架站:认真地架好仪器，对中、整平。b.量测天线高:GPS天线高的量测一般都是量的斜高，不要人为地改为垂直高，要对称量几个方向，然后取平均值。c.观测过程:开始观测时，只需按下电源开关即可，GPS可进行自动观测，这时记录好测点名、开机时间、开机时天线高;观测时段长度要对每个测站点至少观测45 min以上。d.观测结束:结束时，先关电源，不要马上拆机，还要再量天线高，以判断观测过程中仪器是否动过;这时再记录好关机时间。

2)数据处理。

将GPS测量的网数据传输到电脑中，用GPS解算软件处理完成。经过平差处理，网中最弱点位中误差为4.11 cm，平均点位中误差3.18 cm;最弱边相对中误差1/27 699，平均边长相对中误差1/453 578。

将近9 km的GPS控制网仅用1个外业组、3名测量员、3台GPS接收机、仅花了6 d时间，其效率较高，比常规测量至少提高3倍，若采用常规测量方法，在相同人手的情况下至少需要17 d的时间才能完成。

4 控制措施

为了保证RTK测量的精度、速度(初始化时间)和可靠性，除了正确求解坐标转换参数、合理设置基准站和限制作业半径外，在RTK测量中还应注意以下几点:

1)观测卫星的图形强度要高。

在进行坐标解算时，所采用的卫星数越多，分布越均匀，则PDOP值越大，RTK的精确性和可靠性越高，且初始化的时间也越短。因此，一般情况下，在接收卫星数保持5颗以上，且PDOP＜6时，才能进行RTK测量。

2)作业人员的责任心要强。

作业员的专业水平、经验和责任心对RTK成果的精确性和可靠性有着严重的影响。作业时，接收机的对中、整平、天线高的量取及输入已知点坐标、坐标参数转换及天线高等数据的任何误差，都将影响RTK测量成果的精度。因此，要求作业员必须具有强烈的责任心，认真严格地按规程操作。另外，对仪器基座和测杆上的水准器等必须定期严格校正，以避免系统误差的影响。

3)观测成果要注意复核。

RTK测量具有显著的实时、快捷等优点，但其初始化(整周模糊值)的置信度通常为95% ～99%，且作业中缺乏检核条件，个别点可能会出现粗差。因此，为了保证RTK的实测精度和可靠性，作业中必须注重成果的复核。成果的复核分为作业前复核和作业中复核。作业前复核是指在RTK作业前，先在已知点上检测，新测坐标与已知坐标较差符合要求后，才能进行RTK测量;作业中复核一般是指在作业中采用不同起算点测定部分重合点，或在同一点上采用两次观测法(失锁或关机)观测。

5 结语

通过GPS-RTK静态测量和全站仪验证的方式获取了21个控制点的大地坐标和高程，最后控制点成果对比得出精度能够满足测量规范要求。另外，为检验GPS-RTK导线测量的精度，我们用全站仪测量下的数据结果作为参考值，两种作业模式的成果比较如下:由于RTK测量不存在误差积累问题，从大量的实测数据分析其测点精度基本满足施测控制和碎部测量的要求，但要满足一级导线的精度要求还应采取相应的措施，且其高程精度不是太稳定，有时会发现一些明显的测点高程偏差，而全站仪施测过程中则不会产生这样的情况。经用全站仪对RTK所测的导线点进行检核，根据统计结果分析，它们的坐标之差均在1 cm～2 cm，高程之差在2 cm～3 cm，基本没有超过3 cm。最大平面较差为1 cm，因此，我们认为RTK测量成果质量可信。虽然测量的速度慢一点，但是测量结果很精确，能达到四等导线的测量精度。同时从测量结果来看，RTK测量点位精度可达毫米级，完全能够满足高速公路工程测量的需要。