RTK技术在线状工程测量中的应用
2019-09-10武静
武静
摘 要：随着测绘新技术的不断发展，测绘外业工作变得轻松简单、省时省力。本文主要研究GPS RTK技术应用于线状工程测量，对设计好的道路曲线进行实地放样和精度分析。实践表明，对比传统的全站仪道路曲线放样，RTK技术可以明显提高作业效率，并能够满足工程应用的精度需求。
关键词：RTK技术;道路曲线;放样
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）25-0108-03
Application of RTK Technology in Linear Engineering Survey
WU Jing
（School of Urban-rural Planning and Architecture， Xuchang University，Xuchang Henan 461000）
Abstract： With the continuous development of new surveying and mapping technology， surveying and mapping field work has become easy， time-saving and labor-saving. This paper mainly studied the application of GPS RTK technology in linear engineering survey， and carried out on-site lofting and accuracy analysis of the designed road curve. Practice shows that RTK technology can significantly improve the efficiency of operation and meet the accuracy requirements of engineering application compared with traditional total station road curve lofting.
Keywords： RTK technology;road curve;lofting
随着国民经济的快速发展及城市建设的不断加快，工程工期普遍缩短，而这对道路曲线工程测量的要求也越来越高，以至于传统测绘技术已无法满足一些工期较短工程测量的需求。而RTK技术的广泛应用不仅能提高测量精度、缩短施工工期，而且还能降低工程成本，对公路、铁路等各种线状工程测量工作具有非常重要的意义[1]。
1 RTK测量技术
RTK技术是基于载波相位测量值的实时动态差分定位技术，将载波相位测量与数据传输技术相结合，能实时提供测站点的厘米级的三维成果，是全球卫星导航定位系统发展里程中的一个重大突破[2]。RTK系统由基准站、移动站、数据链三部分组成。在RTK作业模式下，基准站通过数据通信链将其载波相位观测值和测站坐标信息一起传送给流动站，流动站一方面通过数据链接收来自基准站的数据，另一方面还要采集GPS卫星的观测数据，并且在系统内组成差分观测值进行数据的实时处理，给出厘米级的定位结果，整个过程历时不到1s[3]。在作业时，流动站可以处于静止状态，也可安置于运动载体上，首先要在固定点上进行初始化，然后再进行动态作业，在整周未知数解固定以后，即可进行每个历元的实时处理，只要可以保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪以及保证接收卫星的必要几何图形强度，流动站就可随时给出厘米级定位结果。
2 RTK测量的作业模式
目前，在实际应用中，常用的RTK模式有三种，分别是电台模式、GPRS模式和CORS模式[4]。其中，常规的电台模式需要搭建一个临时的基准站，基准站对所有可见卫星进行连续观测，并通过外挂电台传送信号给流动站，在流动端组成差分观测值进行实时处理，可以获得厘米级的定位结果，这种作业模式需要频繁架设基准站，并且测量范围较小，通常为方圆5km2[5]。而GPRS模式的工作原理与常规电台模式类似，只是数据通信方式不同，这种作业模式是利用GSM、GPRS/CDMA的移动通信方式进行播发信号的，同样流动站也是以相应方式接收差分数据。相比传统电台模式，其仪器配置设备较为简单、携带方便，而且增大了作业距离范围，一般可达到10～15km。但是，其缺点也较为明显，由于数据通信链采用移动通信网络，因此其数据稳定性受网络覆盖度的影响较大。第三种模式是CORS模式，也称网络RTK。网络RTK有多个基准站，作业人员无需自己架设基准站，用户与基准站的距离可以扩展到上百千米。其改变了传统的RTK作业方式，有效扩大了工作范围，可实现大区域范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位[6]。
3 道路工程测量应用实例分析
通常情况下，在修建管道工程如公路、铁路等，设计线路会根据需求发生变化，即一个方向转到另一个方向，随后用曲线连接起来形成道路曲线。本次测量任务对道路曲线中线进行实地放样，首先利用RTK对设计好的道路曲线进行放样，随后用全站仪对放样点位进行精度检核，并通过对比验证RTK放样点位是否满足工程精度需求。
3.1 道路曲线方案设计与点位放样
本次试验区域选择在许昌学院静庐东田径场。打开CASS软件，导入许昌学院地形图，测量得到田径场宽94.4m，长178.7m，根据场地大小设计出放样的曲线半径为50m，偏角为79°27′56″。
第一，利用CASS軟件工具做出两条半径的切线，相交于一点JD，设其里程为K3+100.00m。
第二，利用CASS软件标注工具栏，标记出各主点的位置，分别标注为ZY，QZ，YZ。
第三，将[R]和[α]带入以下公式可以计算出切线长[T]、曲线长[L]、外矢距[E]和切曲差[D]。
[T=Rtanα2L=Rαπ180° E=Rcosα2-RD=2T-L] （1）
通过计算可以得出曲线的放样数据，如表1所示。
第四，将交点里程和曲线测设元素带入公式（2）计算出曲线主点里程。
[ZY点里程=JD点里程-TYZ点里程=ZY点里程+L QZ点里程=YZ点里程-L2] （2）
经计算可得到ZY点里程为K3+58.441m，YZ点里程为K3+127.788m，QZ点里程为K3+93.1 145m。
第五，检验各主点里程设计是否正确，再利用整桩号法计算出所有细部点里程。打开CASS软件，在CASS软件上依次得到曲线上所有其他细部点里程坐标数据。
第六，根据弧长求得角度，可以设计出放样点所对应的角度，在CASS软件中选择半径，选择复制旋转，得到角度旋转和圆弧的交点就是放样点的位置。
第七，将设计好的细部点坐标数据导入RTK电子手簿，选择RTK手簿中的点位放样功能，从预先上传的文件中选择待放样点的坐标，根据仪器提示方向放样点位，即将到达目标点位时，屏幕会有一个圆圈出现，指示放样点和目标点的接近程度，精确移动RTK，使得[ΔX]和△[ΔY]小于放样精度要求，按照提示确定目标点位置，钉木桩，精确投测小钉。其圆曲线放样设计图如图1所示。
3.2 圆曲线放样的精度分析
为进一步验证RTK放样点精度，同时使用常规测量仪器全站仪，采用极坐标法放样相同的点位坐标，并对两组数据得到的点位误差进行对比，计算其中误差。表2为此次圆曲线放样精度的对比数据，设计点的RTK放样坐标用[X]、[Y]表示，全站仪测量点坐标用[X′]、[Y′]表示。
3.3 结果分析
对比放样和测量数据可以看出，两种方法的横向及纵向误差均在厘米级，其中最大为2.9cm，最小为0.9cm，中误差为1.9cm，均在±5cm范围之内，完全满足工程测量的需求。
由此可见，RTK测量点位精度均匀，具有显著的实时、快捷等优点。但由于RTK确定整周模糊度的置信度通常为95%～99%，不能保证达到100%可靠，并且在作业中也缺乏检核条件，所以个别点位可能会出现粗差现象，因此必须保证在作业中对成果进行适当复核，即在同一点位上待数据稳定后，进行多次初始化对比，取其均值作为结果，或者采用多时段观测法对同一点位进行复测，对比其结果。
4 结论
在进行道路曲线放样时，一般方法是根据曲线要素先放样出曲线主点的位置，再依次放样出其他曲线细部点位置。由于利用常规仪器进行主点测设时要频繁地搬迁站，不仅操作步骤烦琐，而且放样细部点时是依据已放样出的主点位置，这样容易造成误差的累积。而利用RTK进行道路曲线放样不仅测量精度高，满足工程施工的应用需求，而且速度快、效率高，只需将桩点坐标导入RTK电子手簿中，就会自动定出放样点位，操作过程方便快捷，不仅大大减轻了外业工作的劳动量，而且各个放样点位之间相互独立，无误差积累。
目前，RTK技术已广泛应用于道路的勘测、施工放样和后期的公路养护及管理等方面。相信随着GNSS接收机性能的逐步提升，改善其频标的稳定性、降低接收机的噪声系数、增强数据传输的稳健性，其测量精度将会得到进一步提高，到那时，RTK技术将在工程放样及其他领域得到更加广阔的应用。
参考文献：
[1]蔡瑞斌.GPS测量技术在工程测绘中的应用[J].智能城市，2018（18）：53-54.
[2]蔡杨宇.浅谈CORS-RTK技术优势及发展趋势[J].地理空间信息，2013（4）：21-22.
[3]马修鲁.工程测绘中CORS测量技术的应用效果[J].价值工程，2016（7）：94-95.
[4]李楠.工程测量中GPS技术的应用及精度分析[J].山东商业职业技术学院学报，2015（2）：110-112.
[5]艾辉.浅谈工程测量中GPS技術的应用[J].江西建材，2016（2）：229.
[6]李涛.GPS-RTK在工程放样中的应用[J].甘肃农业，2013（19）：52-53.
