GPS和RTK技术在市政施工中的应用

张剑峰

摘 要：随着现代测量技术的快速发展，GPS技术应用的范围越来越广，发挥的作用也越来越重要。市政施工受制于施工区域小、测量范围广，地形复杂，信息数据处理较多等因素影响，采用传统的测量方式工作量大，数据处理难度较大。通过将GPS技术与RTK技术综合运用，可以有效提高市政工程的施工效率。本文就GPS-RTK技术在市政施工中的应用进行了探讨，以为实际工作提供参考。

关键词：GPS RTK 市政施工

近年来，随着国家对市政工程施工的要求和标准越来越高，市政工程在施工过程中对测量的精确度有了新的要求。因此，应用新的工程测量技术成为提高市政工程施工质量的重要保证。考虑到市政工程测量的特点，利用GPS-RTK测量技术可以打破传统测量方法的局限性，更好地适应现代化的要求，同时也给道路测绘领域的发展带来了一场技术革命，具备的优势不可低估。

一、GPS-RTK技术基本原理

1.GPS技术

全球定位系统（GPS）的基本原理是根据无线电测距交汇原理，通过利用卫星上的无线电发射装置发射的定位信号，确定测量点的位置。GPS 拥有实时性导航定时、定位功能，还具有连续性、全天候、全球性等特性，从而能够更加精密地提供时间、三维坐标、速度。GPS-RTK技术（GPS - real time kinematic），即实时动态 GPS 测量技术，以载波相位测量为依据，并把载波相位测量和数据传输技术完美结合起来。这种实时差分 GPS 测量技术，是 GPS 测量技术发展中一个新的重要突破。

2.实时动态定位系统（RTK 测量技术），主要是由无线电数据传输链、一个基准站和若干个流动站等三大部分组成的，该测量技术的应用原理就是取一个点位精度相对较高的首级控制点当作基准点，在流动站上设置一台接收机当作参考站，从而能够对卫星连续性地作出监测，并将接收于基准站上的观测数据，通过无线电传输设备根据相对定位的原理，在计算机上实时计算显示出这些流动站的测量精度和三维坐标。

3.RTK 系统中的基准站，一般情况下会选择一个拥有地势较高、视野开阔等特性的已知控制点上进行设置，它的功能就是连续性地跟踪观测 GPS 卫星，并将基准站坐标、载波观测数据及伪距观测值等通过无线电数据传输链实时地发送给各个流动站。流动站上的接收机不仅可以采集 GPS 观察数据，还能够接收基准站传来的数据，并且能够实时处理在系统内组成的差分观测值，最后就可以得出来自基准站和流动站的基线向量，如果用最后得出的基线向量再加上基准站的坐标就可以得到流动站所有点的坐标，再利用坐标转换参数原理，可以计算出流动站的三维坐标，精度能够达到厘米级。

二、市政工程施工的特点

1.施工复杂程度高。市政工程建设需要在不同的区域、地理环境进行，特别是很多时候需要人流比较密集、建筑物比较集中的环境展开，而且因为受地质环境、水文条件、气候等自然因素的影响，因此在施工过程中需要协调环境与工程项目的关系，以促进工程施工管理的发展。除了与自然环境相适应之外，市政工程施工管理需要组织施工人员、建筑材料以及施工设备之间的管理。由于市政工程在施工的工程中，危险性大、情况复杂、而且要消耗大量的人力物力，因此提高现场施工管理水平就显得尤为迫切与需要。

2.施工作业难度较大

与其他类型的工程施工相比，市政工程在施工过程中存在很多不缺因素，涉及到路、桥、水、电、管道等多种因素的影响，作业难度较大。同时，在市政工程的施工中工作场地一般都很狭小，并且地下的管道线路也很繁多。市政工程建设的上述特征，致使市政工程的建设期间需要面对很多突发意外。附近条件、地下管网和材料质量都会对市政工程的建设产生不利的影响。也有许多外在因素比如：施工原材料的紧俏程度、质量价格、以及承建单位的技术能力的考察、原材料的供货渠道是否畅通等。且市政施工工程作业涉及工程改造，整治、项目维护涵盖建设点多、面广有纯人工有机械作业加人工作业等安全生产极为困难，稍有不慎就会造成人身伤害。因此.市政工程施工作业难度极大.安全生产管理方面的问题难度必然加大。

3.施工作业管理涉及面较广

城市建設离不开市政工程.而市政施工涉及到建设项目点多面广、施工场所变化多端，譬如，立交桥、转盘路、排水洞等等项目施工有的工期长、有的属于季节性，修补工程、改善项目、新设场地，施工工作形式多样、工序繁杂给安全生产管理带来诸多不便。且施工人员多为农村的打工人员其流动性强，不具有施工安全保护方面的能力，安全意识也不够。施工作业环境复杂如：露天工程、地下作业，受交通、气候的影响较重，更给市政施工工程的管理工作带来了严重的影响。

三、GPS-RTK技术在市政工程施工中的应用

1. 地形测量

由于RTK测量随时都能显示当前位置的三维坐标，因此可利用GPS-RTK来测量地形地物点，并记录该点的序号和特征值，内业采用数字化成图软件，实际作业中对独立地物的测量序号应尽量连续，如测量房屋，应围绕房角至少测2个（对角线）或3个点，测量池塘要连续测完，并注明从xx～xx详细代为何地物，和现场勾画草图且标明施测点序号。外业结束后，再根据草图绘制地形图。由于采取勾绘草图与清绘为同一个人，对自己所测过的点都十分清楚，若记不清时，应在第二天去实地核查，这样就容易把一天所测的地形地物进行内业成图。

2. 工程控制点测量。由于是属于市政一般道路工程，可采用GPS RTK实时动态测量，即可满足要求。这种方法在测量过程中能够实时获得定位精度，即可停止观测，大大提高了作业效率。由于RTK控制点之间不要求必须通视，使的野外控制点测量更简单方便。由于GPS-RTK定位的数据处理过程属于计算基准站和移动站之间基线向量（坐标差）的过程，不存在网平差处理，所以精度平定跟静态测量基线处理的精度评定相似。一般使用指标为：①载波相位的整周模糊度是否固定，GPS-RTK测量仪器的标称范围，一般规定移动站距基准站的距离不能超过15 km，因为在15km之内RTK数据处理的载波相位整周模糊度能够得到固定解，这样定位精度才能达到厘米级；②均方根（RMS），RMS在这里表示RTK定位点的观测值精度，是包括约70%的定位数据的误差圆半径，根据实际情况，在城市测量实际作业中，一般把基准站与移动站的距离控制在6 km之内。只有点位观测值精度达到要求时，载波相位的整周模糊度才能得到固定解，坐标精度才能满足精度要求。一般使用平面和高程两种均方根：①平面均方根HRMS，表示平面坐标的定位精度；②高程均方根VRMS，表示高程坐标的定位精度。endprint

3.在管线红线放样中的应用

随着城市经济的不断发展，城市的基础设施建设工作逐渐成为人们关注的主要对象。社会发展中的各项技术发展水平，对城市建设工作起到了至关重要的作用。其中市政工程的放样工作对于技术的要求更高。不仅需要进行精准地测定，还需要提升建设工作的速度和效率。实际的工程放样需要依靠硬件和软件的共同作用，比如，在RTK手簿程序中输入所施测点的坐标值，然后根据实际方位走向到达输入点位坐标的位置，到此放样完成。从其发展趋势上可以看出，技术类型逐渐朝着智能化和自动化的方向发展。在应用相关软件的过程中，需要以数字化的测绘产品作为支撑。同时建立科学规范的数据链，还应该实现对数据信息的传递，进而提升测量的准确性。

但是在實际的应用中，管线的红线放样技术也会受到诸多因素的影响，因此，工作人员需要对测量的设备和技术加强重视。在作业难度相对较大的情况下，不得不应用到GPS技术，这样可以有效的提升工作的准确性。在实际的工程测量中，采用RTK技术已经成为一种普遍的趋势，这种技术是对GPS技术的补充。这是一种典型的动态定位系统，可以设计到GPS技术所涉及不到的死角，具有较为广阔地发展前景。

四、测量误差的处理

RTK测量的误差一般可分为两类，包括与测量站有关的误差和与距离有关的误差。天线相位变化、多径误差、信号干扰以及气象因素等是与测量站有关的误差。轨道误差、电离层误差和对流层误差是与距离有关的误差。在RTK作业前，在测区布设一定数量的静态GPS控制点，与高一级的GPS点联测，获得这些GPS控制点的WGS-84坐标和地方坐标系坐标，并根据测区大小，选取3个以上且分布均匀的GPS控制点作为基准点，直接利用GPS控制器内置的实时处理软件或后处理软件求解坐标转换参数。

如具备或能获取测区内原有GPS控制点的成果和资料，可选取测区内三个以上具有WGS-84坐标和地方坐标的已知控制点作基准点，直接利用随机软件求解坐标转换参数。

五、结语

现代测量技术的快速发展，使市政工程施工的效率、质量等得到大幅提升。GPS-RTK技术可以有效提高施工的整体性，降低工程施工中因测量出现问题的几率，具有更强的实用性和更加广阔的发展空间。

参考文献：

[1] 许志强，曹录. GPS - RTK 技术在地形测量中的应用[J]. 中国科技博览，2009，（08）

[2]郭玉波.探讨市政工程项目管理的质量控制[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2010（7）.

[3]宁津生、陈俊勇、李德仁、刘经南、张祖勋等编著测绘工程概论[M].武汉：武汉大学出版社大学出版社，2008.

[4]余学祥，徐绍铨，吕伟才.GPS变形监测数据处理自动化——似单差法的理论与方法[M].徐州：中国矿业大学出版社，2004.

[5]韩峰，李斌，王保成. GPS-RTK 技术及其在铁路测量中的应用[J].兰州.兰州铁道学院学报，2003，22（6）：69 ～ 72

[6]张瑜.RTK测量技术及应用[J].江苏省测绘学会2003学术年会专辑，2003，3（8）：47-49.

[7]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M]. 武汉：武汉大学出版社，2003.endprint