GPSRTK高速公路中桩放样中的使用

20世纪80年代以来，我国高速公路得到了迅速发展，高速公路的建设也达到一个空前快速的阶段，这就要求工程建设部门能够快速的完成建设。在高速公路建设中测量放样工作是一切设计和建设工作的前提，如何快速的测量高速公路建设所需的测量数据事关整个工程的进度，而高速公路中线定测是整个测量工作的重点，传统的全站仪测量方式速度慢，且在高山树林地区测量开展困难。GPS-RTK技术是20世纪90年代中期发展起来的一种载波相位动态实时差分技术， 它能够为固定或移动平台提供指定坐标系中的三维坐标信息， 并能达到厘米级精度。由于RTK技术能够提供高精度的实时定位， 速度快、精度高。因此， RTK技术在高速公路中线定测中得到了广泛的应用。

1.GPS RTK原理

RTK 是实时动态测量（Real Time Kinematic）的缩写。GPS RTK系统是由一个基准站、通讯系统和若干个流动站3 大部分组成。其中， 基准站包括GPS 接收机具有（接收空间中的卫星信号，并且能够将其观测值和测站坐标信息实时传送给流动站或电台）、GPS 天线、无线电通讯发射设备、电源、基准站控制器（可进行基准站的相关参数设置）等设备。流动站包括GPS天线、GPS 接收机（具有接收卫星信号，并且能够接收基准站传输的实时信息，最终解算出所需的三围坐标信息）、无线电通讯接收设备、电源、流动站控制器（可进行流动站的相关参数设置）。详见图1 所示：

图1 RTK技术原理图

在进行测量时， 基准站将接收到的全部卫星信息（包括伪距和载波相位观测值等）及基准站信息（基准站坐标、天线高等）一起由信号中转通讯系统传送给各个流动站。流动站完成参数设置并初始化后， 通过数据链同步接收来自基准站发射的全部数据信息， 同时自身也采集GPS 卫星观测数据， 并在系统内进行差分计算，对观测值进行实时处理， 再经过一系列的坐标转换和投影改正， 即可实时计算并得到流动站站点的三维坐标并显示和记录。

2.GPSRTK 在公路定线测量工程中的应用

2.1应用

2014年9月-10月实施了江西省某高速公路k0～k35的中桩放样工作，工作地区全部在中高丘陵地区，中丘围绕低丘周缘分布，沟谷宽浅，形成丘间谷地和溪谷阶地，海拔200～300米，相对高度50～100米。高丘紧靠四周山地，呈零星分布，多属深沟坑谷，海拔300～500米，相对高度100 ～200米。植被茂盛，大多是丛林和蕨类植物，还有零星的高大树林地区。因此测区作业难度极大，传统的测量方式很难在这样的地区顺利开展工作。

本次选用中海达的IRTK仪器，参数为：

1）单基线<30Km

2）RTK定位精度：水平：±8mm+1ppm RMS

垂直：±15mm+1ppm RMS

3）初始化时间：典型<10s

4）初始化可靠性：>99.99%

测区已经布设好了5个GPS C级和120个D级点，可以作为控制点，通过5个GPSC级点和若干个GPSD级点求出坐标的转换参数将WGS84坐标转换为本地坐标。然后在就近的已知点验证是否仪器工作正常，是否正确得到正确的三维坐标，如果仪器工作正常，即可导入道路曲率参数，设置中桩间隔（一般为15米或20米），即可进行放样，在地形变坡点、桥梁建筑的起终点、曲线要素点、河流边界点等重要地物和重要信息点要增加放样点。在树林或其他无GPS信号地区需要全站仪配合放样，用GPSRTK在有信号的地区测量两个点作为已知点，然后用全站仪采用极坐标方进行放样。

2.2GPS RTK和常规方法相比较的优势

GPS RTK与常规全站仪方法相比较有巨大的优势，对比见表1：

从表1中可以看出，传统的全站仪中桩放样需要的人员多、速度慢、精度不均等和作业环境要求苛刻。而GPSRTK在高速公路放样中桩时人员少，且负重轻，速度快，精度高且均匀，对环境要求较低。

3.精度分析

3.1精度对比

为了验证本次项目的放样精度，进行了两次验证，第一种是随机选取其中的50个GPSD及点进行测量，进行精度对比，对比结果见表2所示：

通过表1的数据对比可以看出，用RTK进行测量平面精度合格率达到100%，高程精度合格率达到了96%，因此本次测量精度满足本次项目的技术要求。

第二种验证是随机选取其中的200放样点进行二次放样，然后对比两次放样的位置误差，对比分析结果见表3所示：

通过表3可以看出重复放样符合项目精度要求的点位比例达到了98.5%，说明放样结果完全符合本项目的技术要求。

3.2误差分析

GPSRTK测量误差主要包括大气折射误差和多路径效应。这两种误差对GPSRTK测量精度影响是最大的。其中多路径误差是GPSRTK对测量精度影响最严重的误差。多路径误差主要取决于GPS接收机天线周围的环境，若天线周围有高大建筑物或大面积水面时，将对电磁波有强反射作用。通常情况下，多路径误差为 1～5cm，高反射环境下可达 10cm以上，这对RTK测量将产生严重影响。为了尽可能消误差影响，在实际作业中，可采用双频观测，卫星高度角设置15°左右，不宜太小。在树林、河边、高楼附近等地点测设时，适当延长观测时间也能消除多路径效应。

GPSRTK测量时需要把WGS84地心坐标转换成地方坐标系坐标。在求解坐标转换参数时所使用的基准点的精度、密度及分布状况等，都会对坐标转换参数的求解质量有着直接影响。因此，所选定的基准点要求精度要高，并且应均匀分布在测区周围。

4.结论

GPSRTK技术发展已经非常成熟，在高速公路放样中应用也日益增多，相比传统放样方法有很大的优势。GPSRTK放样方式极大提高了放样测量的工作效率， 降低了测量成本，精度高且均匀，在高速公路放样测量中有很大的应用前景。

（作者单位：（1.新疆航天经纬测绘技术有限公司；2.新疆工程学院 采矿工程系）