GPS-RTK后处理在公路工程中的探讨应用

杨传栋 刘德军 马春萍

摘 要：文章以尼日利亚KIYAWA公路项目为背景，论述GPS-RTK后处理的详细步骤，其中着重于GPS高程的人工校正处理过程，灵活运用Trimble公司TSC2手簿中的各种功能，来进行快速简洁的测量设计;目的是在有限的时间内，完成测量设计，为公路施工设备进场提供时间保证。

关键词：GPS-RTK;RTK后处理;人工校正;TBC;EGM96;公路项目

1 项目背景

KIYAWA公路项目属于JIGAWA州政府投资的一个公路项目，总长47.3公里，合同金额1.76亿人民币，最大高差50米左右，且地势坡度变化比较平缓，属于丘陵地带。

该项目原咨询公司属于法国公司，设计图纸距现在已经30余年。因为时间跨度比较大，原来咨询提供的IV等控制点已经完全丢失，没有任何控制成果可以联测。故现场无法根据相关的参考物来确定原来的设计线路，因此由承包商参考咨询提供的工程量单和大概线路来重新测量设计成果并给工程提供足够的施工控制点。

测量设计时间要求2个月;当时正值庄稼成熟季节，庄稼比较高，用普通的全站仪测量难度比较大，因此选用GPS来进行测量设计。

2 测量设计思路

（1）直接用GPS RTK功能沿途大概每3、4公里做上一定数量的IV等首级GPS控制点，把线路两边的相关地物平面位置测量下来，做这个工作的同时;另外一个IV等几何水准测量组同步进行，得到所有IV等GPS控制点的精确高程。

（2）根据所有IV等GPS控制点高程在TBC软件中进行RTK后处理，人工校正得到所有IV等GPS控制点和相关地物的准确高程。展到CASS软件中编辑图形，这样就可以在生成的地形图上设计出平面线路。

（3）再用GPS-RTK功能根据IV等GPS控制点来精确的测量纵横断面，供设计使用。

（4）利用GPS-RTK的高程误差不累积原理，在线路沿线两侧约300米左右加密一定数量的一级GPS施工控制点。

（5）如果平面线路中有重要的建筑设施，例如桥涵之类的，把该重要设施两端的一级GPS施工控制点高程误差平均分配即可。

注意：步骤3、4、5可以穿插进行，以便于先行提交部分测量设计成果，业主确认后即可施工，没必要一次提交完毕。

3 RTK后处理

该项目使用Trimble公司的R8&GNSS GPS接收机2台。测量作业开始，TSC2手簿选择UTM投影、投影带号、Minna（Nigeria）投影基准、EGM96（Global）大地水准面高程模型建立WGS84坐标高程系。在这里简单介绍一下EGM96地球重力场模型，EGM96地球重力场模型（大地水准面模型）是美国国家宇航局哥达飞行中心（NASA/GSFC）、美国国家影像制图局（NMA）和美国国防部（DOD）共同完成的最新高精度地球重力场模型，使用的数据有地面重力异常数据、卫星跟踪数据和卫星测高数据。模型提供高达360阶的球谐系数，共有130 317个系数，为计算全球以及中国大陆重力场提供了高精度资料。且该模型在国内诸多工程中已经得到广泛的应用。

作业之初，在线路中间附近，直接使用TSC2手簿中RTK方法的HERE功能测得该IV等GPS控制点坐标高程，将该高程作为整个线路的起始高程点BY14。然后向线路两侧开始测量相关地物，并在大约3、4公里处使用RTK的测量控制点功能测得下一个IV等GPS控制点坐标高程，再在此处建立基准站，继续往下，依此类推。

测量部分数据后，把数据导入到TBC软件中，再修改当地点投影为测区中心附近经纬度和WGS84坐标系下的投影高度，投影高度大约为测区的WGS84平均高度（大地高），改好后把文件导入到TSC2手簿中，因为TSC2手簿中没有设立当地点投影功能;设立当地投影点后，TSC2手簿中的原项目文件就没用了，可以将其覆盖或建立新项目文件，以后使用新项目文件即可。继续进行以后的相关地物和IV等GPS控制点测量。这样所有IV等GPS控制点和相关地物测完之后，另外一个IV等几何水准组也测量完成，然后计算所有IV等GPS点的精确高程。在进行相关地物平面位置测量的同时，可以分别在两端和线路中心附近适当位置验证一定的平面位置误差，这里采用的是Leica TS06-2”全站仪，标准测距标称精度1.5 mm+2 ppm。

虽然用全站仪测得的平面距离不能简单同GPS相对坐标相对比，要先归算到参考椭球面，再归算到UTM投影，才能进行比较，但是从上面数据中可以得出结论：用此方法求得的坐标对于公路工程，应用完全没有问题。

下面讲述利用GPS测量得到的IV等GPS坐标和IV等几何水准成果来对RTK后处理进行人工校正。

在TBC软件新项目中插入至少4个校正点网格坐标成果，每个IV等GPS校正点用易区分的点名输入坐标高程，坐标采用原来的坐标保持不变，高程采用IV等水准高程成果，成果类型选取控制质量，这样插入点完成后，就可以在项目中看到呈三角形的校正点标志，下一步选取测量/GPS点校正，选取三参数、水平平差（H）、垂直平差（V）、设置比例尺为（F）。【注意：圖中设置比例尺选项要选上，此处意思：用校正点和原来的同物点比例为1：1，即不缩放;选择该检查框可以避免使GPS 网的几何图形失真，但要注意校正残差将会比较高。】。

点击点列表，在相应域中输入同物理点的校正网格点名称和WGS-84 点名称;两个点的名称不必相同，但它们应该对应于同一个物理点，至少输入4个，此处第一个最好输入这个项目前面定义的起始高程BY14，因为垂直平差原点使用的是带高程的校正中的第一个点，输入完成，确认。

点击计算可以看到各种残差值：

如果残差可以接受，点击 确认 软键，存储校正;如果残差不可以接受，重新计算校正。这个时候需要删除或增加校正网格点的名称，直到残差可以接受为止，保存GPS校正报告。【注 - 每个校正计算都独立于先前的那一个，当应用新的校正时，它将覆盖任何先前计算的校正。】也可以查看报告中的【垂直平差参数】和【GPS 和已知坐标间的残差差异】两项。这个步骤后导出所有IV等GPS点和相关地物成果，展到CASS中就是我们采集的所有相关地物，把所有IV等GPS控制成果保存为正式成果。

退出，复制该项目备份，在备份项目中删除所有相关地物点，仅保留所有IV等GPS控制点导入到TSC2手簿中，RTK后处理的所有步骤就完成了。以后就可以用该项目文件来测量线路设计平面的纵横断面和一级GPS控制点了。

把平面设计的曲线要素输入到TSC2手簿中，利用TSC2测量纵横断面的同时，同步放样中桩，给工程设备提前进场提供更多的工作面。

再利用放样好的中桩来进一步加密一级GPS施工控制点。

如果工程线路中有比较重要的建筑设施，比如桥涵等，只需要把重要设施两端的一级GPS控制点水准联测几个，高程误差平均分配即可;此处利用了GPS-RTK功能的高程误差不累积原理。

下面图表，仅仅为了验证RTK测量得到的一级GPS控制点高程和水准高程数据。

表中数据为所有相邻一级GPS控制点和沿线经过的IV等GPS控制点高程差，总共154个数据，统计误差分布和高程中误差。误差分布表：

将水准高程作为外部检核条件，计算得到高程中误差=±8 mm;由上表可以得出结论：如果在某个项目高程不是要求非常严格、且工程进度要求非常緊的情况下，GPS-RTK后处理功能得到的GPS拟合高程完全可以替代五等及以下几何水准高程;例如该公路项目，也没必要全部检核所有一级GPS控制点高程，仅核对重要建筑设施两端的控制点高程即可。

4 结论

实践检验表明，在某些高程不是要求非常严格的公路项目中，直接利用GPS的单基准站RTK功能，再经过RTK后处理完全可以达到五等及以下几何水准测量的要求。

5 结束语

有时候为了使工程测量尽快完工，给设计提供依据，就要求必须在很短时间内完成测量工作，因此我们必须采取必要的手段和方法来保证工程的快速开展。例如该公路项目，全部工程测量设计仅用37天完成，比要求时间提前23天;且开始测量设计15天后，已经先行把设计出来的前7公里线路和设计成果提交给业主，业主确认后，工程设备在第20天就开始分多个工作面同时展开，这样算下来，施工设备提前进场40天，为公路工程项目提前开工提供了一定的时间保证;在这里一并感谢Trimble公司的TBC软件。

参考文献：

[1]宁津生，罗志才，杨沾吉，等.深圳市1km高分辨率厘米级高精度大地水准面确定[J].测绘学报，2003（02）：102-107.

[2]冯林刚，杨润甫，李胜.基于EG96的GPS高程转换方法[J].测绘通报，2006（03）：22-23.