公路测量中RTK技术的应用分析

周春亮

摘要：GPS在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是实时动态（RTK）定位技术将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。本文介绍了RTK 技术的优点，论述了影响RTK成果精度的因素，谈了RTK技术在道路测量中的作用。

关键词：TK技术；公路测量；应用；GPS

在GPS实时动态定位技术没有形成前，GPS仅仅用来作控制测量，以代替经纬仪或全站仪。随着GPS设备、技术、功能的不断进步与完善，特别是近几年来RTK—GPS技术的快速发展，它已能够实时提供在任意坐标系中的三维坐标数据，因而在公路勘察设计中的应用也更加广泛。如果RTK—GPS和一般的路线CAD程序共同应用，将真正实现内外业数据共享，从而使勘察设计工作更为快速、高效，并且使公路路线优化设计的方法大为简化。

一、RTK 技术的优点

传统的大地测量、工程控制测量采用三角网 、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求 点间通视，而且精度分布不均匀，且在 外业不知精度如何，采用常规的 GPS 静态测量、快速静态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采 用 RTK 来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且 知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。 若把 RTK 用于公路控制测量则不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成；在中线放样的同时完成中桩抄平工作；應用范围广———可以涵盖公路测量（包括平、纵、横），施工放样，监理，竣工测量，养护测量，GIS 前端数据采集诸多方面；实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果（包括 高程）；如辅助相应的软件，RTK 可与全站仪联合作业 ，充分发挥 RTK与全站仪各自的优势；作业效率高，每个放样点只需要停留 1～2s，流动站小组作业，每小组（3～4 人）可完成中线测量 5～10km。 若用其进行地形测量，每小组每天可以完成0.8～1.5km2的地形图测绘，过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪 或经纬仪配合小平板测图，其精度和效率于RTK 测量是无可比拟的。

二、RTK技术的应用情况

RTK 技术定位有动态定位和快速静态定位两种测量模式 ，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。

1.动态定位测量前需要在一控制点上静止观测数分钟（有 的 仪器只需2～10s）进行初始化工作，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。目前，其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。 测量 2～4S，精度就可以达到 1～3cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。

2.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，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密；若采用常规测量方法（如全站仪测量），受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK 快速 静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需要 5-10min（随着技术的不断发展，定位时间还会缩短），不及静态测量所需时间的五分之一（静态测量需要45 分钟 ），在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。

三、影响RTK成果精度的因素

尽管常规RTK 定位 技术是目前最为广泛使用的测量技术之一 ，但它的应用受到一些误差源影响的限制，这些误差源从性质上一般可分为系统误差和偶然误差两类。 系统误差包括：卫星星历误差、卫星钟误差、大气延时误差（包括电离层延时和对流层延时）以及天线相位中心变化等。偶然误差主要包括信号的多路径效应。除此之外，还受基线解算精度、基站点位精度、坐标系转换精度的影响，但在RTK 作业中，基线解算精度可以达到10mm+1*10-6D； 基准站点位精度平均在 3cm之内；坐标系转换精度，对于10km 基线在 3cm 以内，动态作业由于测距偏心，天线高误差等，一般在 3cm 以内。

四、RTK技术在道路测量中的作用

1.道路的横、纵断放样和土石方量计算。纵断放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中（如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径），生成一个施工测设放样点文件，并储存起来，随时可以到现场放样测设；横断放样时，先确定出横断面形式（填、挖、半填半挖），然后把横断面设计数据输入到电子手簿中（如边 坡坡度 、路肩宽度 、路幅宽度 、超高、加宽、设计高），生成一个施工测设放样点 文件 ，储存起来 ，并随时可以到现场放样测设。同时软件可以帮助你自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用“断面法”进行土方量计算。 通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态 RTK 到现场检测复合，这与传统方法相比，既经济又实用。

2.道路中线放样。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。 采用实时 GPS 测量，只需将中桩点坐标输入到 GPS 电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。 由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。 放样时，只要先输入 各主控点桩号，然后输入起终点的方位角，直线段距离，缓和曲线距离，圆曲线半径，这样就可以很轻松放样了，而且一切工作均由 GPS 电子手簿来完成。 这种方法简单实用，比起传统的弦线拨角法要快速得多。

3.布设控制网。当RTK 信号受到地形及地物遮挡时可先由 RTK 选 择 信号较好地段做控制网，再由全站仪做加密导线测量，也可以大大提高全站仪的工作效率。

随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展，公路设计已实现CAD 化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持 ；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄，输入等环节，是公路勘测设计“内外一体化”的要求，也是影响高等级公路设计技术发展的关键，实时动态 RTK 技术在公路勘测中的应用，对等级公路的勘测手段和作业方法产生了重大改变，极大地提高了勘测精度和勘测效率，对公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景，为我国国民经济发展带来了可观的经济效益。

参考文献：

[1]周忠谟.GPS卫星测量原理与应用[M].北京：测绘出版社，2013.

[2]刘大杰.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社2013.

[3]武汉测绘学院控制测量教研组，同济大学大地测量教研室.控制测量学[M].北京：测绘出版社.2013.