浅谈GPS—RTK测量技术在公路工程中的运用

贾勇杰++裘松立

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.068

摘 要：GPS-RTK测量技术在公路工程中应用具有很大的优势，其具有精度高、效率高、测量便捷等优点。通过高速公路项目建设测量中的应用实例，介绍GPS-RTK测量过程和注意事项，供应用参考。

关键词：GPS-RTK 公路工程 实时动态测量 存在问题 措施

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（a）-0068-03

随着科学技术的不断发展，公路工程测量技术从经纬仪测量技术→全站仪测量技术→GPS→GPS-RTK发展。实时动态测量（GPS-RTK）技术是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是建立在载波相位观测值基础上的实时动态定位技术，是GPS测量技术的一个新的突破。该文介绍GPS-RTK测量技术在浙江省宁海县某高速公路项目建设测量中的应用，该方法具有测量精度高、速度快、效益好等优点，能快速完成公路测区高精度控制，为控制网静态测量及线位、桥位等动态测量提供可靠的数据。

1 GPS测量系统的选择

在项目前期就开始策划GPS测量系统的建设，项目部对多种GPS设备进行比较，以精度高、实用性强为原则，根据项目线路长、结构多、工程复杂的特点，选择3台GPS接收机+2个Hi-RTK手簿，组成1+2通讯模式。Hi-RTK软件是一款基于道路施工测量的多功能手簿软件，集实际工程经验和GPS作业优势于一体，具有中英文界面实时切换功能、内置各国常用椭球参数、转换基准、投影方式多（包括了高斯投影、UTM投影、兰勃托投影、墨卡托投影等世界常用）、基准转换方面（提供三参数转换、平面四参数转换、七参数转换、一步法、点校验等多种实用转换方法，支持Trimble和泰雷兹格式）和高程拟合方面（提供支持天宝、泰雷兹的格网、高程异常改正）。

2 GPS测量技术的应用

2.1 平面控制网GPS静态测量

平面控制网静态测量是利用3台GPS接收机对控制点进行定位测量，在平面控制网静态测量中利用GPS天线在静止状态下对卫星信号的连续跟踪观测进行定位，通过接收到的卫星数据的变化来解算基线，利用已知点坐标算出其余加密控制点坐标。

项目部根据设计提供的控制点，按照施工现场测量放样的需求对控制点进行加密，加密控制点布点沿路线一左一右交叉布置，位置应该选择在视野开阔、基础稳定的地方。

平面控制网复测的等级根据工程项目中的结构物等级来确定，如桥梁、隧道的等级。确定好GPS网等级后对GPS接收机工作模式进行设置，模式为静态模式。平面控制网分内业和外业进行。

GPS静态测量内业如下。

（1）内业准备。根据所有的控制点在CAD中画出三角网示意图（图1），并标上点名，相邻两个三角网的公共边保持仪器相同。

（2）数据下载。整个平面控制网结束后进行U盘式数据下载，利用数据线连接电脑USB接口对数据GNSS文件直接下载。

（3）数据处理（图2）。运行HG0数据处理软件，新建项目并設置控制网等级和坐标系统；导入数据，修改每个观测文件的天线高等基本数据；处理全部基线，删除和屏蔽不好的卫星或部分观测数据；检查重复基线、基线闭合差、同步环是否合格；设置平差参数、已知点坐标和高程进行平差；导出成果报告。

在数据处理前，需要对控制网设置坐标系统，设置内容包括椭球、投影等内容，在设置时尤其是中央经线，一定要设置正确，否则将影响平差。

这个残差图显示，G31卫星的质量不太稳定，删除部分数据。

外业静态测量如下。

第一步：根据三角网示意图对应的仪器型号在控制点上架设仪器，对点器严格对中、整平。根据绘制的局部平面控制网的三角网图，静态测量控制点对应的仪器如表1所示。第二步：利用卷尺量取仪器高3次，仪器高为控制点到仪器设定的刻度线距离，各次间差值不超过3 mm，取平均数作为最后的仪器高。第三步：3台GPS架设完成后同时开机，并分别记录点名、仪器型号、仪器高、开始观测时间。第四步：GPS接收数据状态，多台接收机同时开机进行卫星数据记录工作，每个测站进行1～1.5 h，在这个过程中，测量人员需要定时对仪器状态、气泡等进行检查。第五步：一站观测完成后同时关机，并记录关机时间。第六步：观测完成后，对记录的数据进行检查，保证数据的完整性。

2.2 GPS-RTK测量系统1+2通讯模式

随着GPS-RTK测量技术的不断发展，其功能也越来越强大，备受广大测绘人员的青睐，1+2通讯模式，即1台基准站+2台移动台，利用同一台基准站发射信号，2台移动台可同时进行野外测量工作，可为前期繁重的测量任务减少压力和测量时间。利用GPRS-3G功能开通中国移动GPRS业务，直接采用手机卡插在GPS接收机上使用，与电台相比，3G网络数据传输有更优的网络体验。Hi-RTK手簿利用蓝牙与GPS接收机进行网络连接，轻松实现无视远程操作的iRTK主机。

由于在公路工程中线路长的特点，为提高参数计算结构的准确性，在测取控制点坐标时，可以选择起点2个控制点、终点2个控制点、线路中间若干个控制点进行参数计算。

在设置基准站时，场地选择在项目部内开阔地选取一个点作为永久的基准站点进行设置。然后进行参数转换计算，具体步骤如下。

第一步：选取基准站站点，用混凝土埋设十字测钉。第二步：设置仪器工作模式，GPS仪器1882设置为基准站模式，架设仪器，对中整平。第三步：手簿连接基准站，设置坐标系统、中央子午线、网络、服务器等参数，设置好后退出。第四步：手簿连接移动台1961，设置坐标系统、中央子午线、网络、服务器等参数。参数与上一步相同。第五步：移动台野外测取控制点坐标（原点），该次参数计算利用6个控制点，分别为A109、A12、J2、A28、A45、HTM2。测取的坐标保存至记录点库。第六步：进行参数计算，将测量的控制点坐标（原点）与目标控制点坐标（目标点）一一对应，然后进行参数计算，查看复核计算结果，将计算结果保存。具体参数计算如表2所示。第七步：现场放样测试，对A15控制点进行放样，在手簿中输入控制点A21的坐标，放样结果准确。endprint

根据以上步骤设计仪器1853移动台，GPS-RTK测量系统1+2模式设置完成（图3）。

参数计算完成后，便可以在施工中进行测量放样。

施工放样中，只需选择测量程序中的点放样，输入放样坐标X、Y便可，根据手簿中显示的方向和距离移动至点位。

如图4手簿中所示，放样点Pt15需要向南移动20.993 3 m，向西移动30.581 8 m，直观简单的导航式指导放样。

现场在对某桥左幅Z22-0#桩基护筒定位放样中采用GPS-RTK测量技术，具体放样步骤如下：第一步：在项目部中加好基準站，手簿连接基准站1882和移动台1961。第二步：控制网点校验，对控制点A14进行点校验，确保放样结果准确无误。第三步：在手簿中选择程序测量-点放样，输入桩基Z22-0#的中心坐标，X=3 238 852.070，Y=522 388.254，点击确定。第四步：根据手簿中显示屏左下方的放样指示显示向南12.854 3、向西5.112 4。将移动台向南、向西大致移动到放样点位置后显示向南0.214 5、向西0.5214。第五步：精确定位，根据手簿中显示屏左下方的放样指示显示向南0.214 5、向西0.521 4移动后，利用固定架将移动台气泡严格居中，再根据放样指示进行微移动，最后放样指示为向南0.003、向东0.002。该偏差满足设计规范要求。

该次放样任务完成。

3 GPS-RTK测量技术在公路工程运用中的优点

3.1 GPS静态测量优点

（1）精度高：四等GPS网静态测量精度可达到0.000 1级。（2）效率高：多台GPS接收机同时观测，观测时间40分钟～2小时不等，只需要整平对中和量取天线高度，GPS接收机自动化工作。（3）不受视线影响：不要求测站之间通视，因此在选择加密控制点时布点比较灵活，能保证控制点三角网的图形。（4）全天持续工作：24小时都能接收卫星数据，受天气影响较小。

3.2 GPS-RTK测量技术优点

（1）支持线路的平断面、纵断面、横断面、可视化横断面采集，大大提高了线路原地面测量效率高和准确性。（2）线路放样点实时计算，可以按任意里程加桩，并显示放样点里程。（3）直观快捷的放样指导方式，按东南西北方向指导，对中杆上设置指南针，坐标放样和高程放样可以同时进行。（4）方便地设置线路平曲线，也可自由地定义出任意形态的线路，例如匝道。（5）仪器简单，携带方便，在固定点设置好基准站后，外业测量只需一人携带一个移动台便可。（6）数据传输便捷，对临时性的坐标可以利用电脑Excel表格直接导入手簿后进行施工放样。

4 GPS-RTK测量技术存在的问题和建议措施

4.1 存在问题

（1）卫星信号受竖向障碍物影响，例如在桥下、树木下测量对GPS信号的质量干扰较大，测量的结果误差较大。因此在外业进行测量工作时，要求测站上空应尽可能的开阔，在15°高度角以上不能有成片的障碍物。（2）在测站周围约200 m的范围内不能有强电磁波干扰，如电视塔、微波站等。

4.2 建议措施

（1）控制点点位选择在视线空旷，无遮挡物，远离高建筑物、高压线、树林等，避免对信号的干扰。（2）放样时升高立杆，使移动台升至最高高度，观察手簿上显示的卫星数量和固定解状态，当卫星数量达到最高值和固定解状态时进行放样，减小误差。

5 结语

GPS-RTK测量技术在公路工程中应用有着很大的优势，其具有精度高、效率高、测量便捷等优点。如果GPS-RTK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，使公路路线优化设计的方法大为简化。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的情况下，往往由于这些地区地形条件的限制，常规测量的困难较大，且精度低， GPS-RTK测量是一种有效的手段，具有更大的优势。

参考文献

[1] 国家标准《GB 50026-2007工程测量规范》[R].中国计划出版社，2008.

[2] 杨建忠.GPS RTK在高速公路中的应用[J].科技创新与应用，2016（6）：234.

[3] 畅福善.GPS在公路测量中的应用[J].微计算机信息（测控自动化），2008，24（1）：234-236.endprint