基于CORS系统的RTK技术在山区公路测量中的应用

闫 博

(中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

1 前 言

随着我国公路建设事业的日新月异的发展，常规的量测工具和测量系统不能匹配勘测高精度和高效率的需求。如果按照传统测量方式对某个点位进行放样和测量的时候，通常不仅需要搬站，还要经常调动花杆和棱镜，而且至少配备2-3人协助测量，另外还需确保相邻点之间量测的视野非常好。但是因为山区公路存在交通不便、线路曲折、环境复杂、沿线已知点少、作业条件受限制、地势高低起伏等不利因素，测量常常受到限制，不仅作业效率低，而且增大测量的工作难度、工作量和误差[1]。

为切实提高山区公路量测水平，助力施工建设，需采用新的技术手段进行山区公路测量工作，弥补山区公路工程建设中视野不开阔、测量环境差、树林多、高程变化大等不足。而日趋成熟的卫星定位服务综合系统(CORS)凭借量测精度高、操作便捷、不用另外重新架设测量基站、覆盖范围广等优势在越来越多的领域得到应用[2]，非常适用在山区公路量测。

2 CORS系统与CORS-RTK技术概述

CORS系统是测绘信息化的基础设施建设之一，被广泛应用于国土资源、城市规划、交通、地震、测绘、气象等多个领域及多个行业。通过RTK(实时动态载波相位差分技术)、卫星定位以及计算机等技术进行深度融合而构建起来能够实现连续运行参考站系统，能够将GPS、GLONASS.GLOLILEO 和北斗系统进行综合应用。 CORS由GPS基准站、移动站(用户一单台GPS接收机)、数据处理控制中心、数据传输与发播系统等构成[3]。

CORS系统未出现以前，为了对GPS(卫星导航系统)轨道误差和电离层、对流层的传播误差进行消除，需要进行基准站架设后并通过RTK测量接收机进行测量差分计算。但在山区公路进行长距离复杂地形量测的时候，差分信号很难被移动站接收，进而需要对基准站进行搬移并对平面和高程进行重新校正后才能后续测量，非常影响作业效率和测量精度[4]。

CORS-RTK技术克服了 RTK测量接收机中参考站以及流动站之间存在一定间距等因素局限性，极大扩大参考站以及流动站的作业距离，测量作业范围能够扩大到40km甚至更远距离，并且在CORS覆盖范围之内，观测的数据精准度高[5]。

3 CORS-RTK技术优势

RTK测量接收机如果没有CORS系统支持，首先应对坐标点进行精确定位，然后在坐标点进行参考站设置，通过差分将信息数据进行传递，特别是传统的测量方式对于仪器的适应性、灵敏性要求非常严格，另外各参考站之间还存在一定距离的限制，一般需要在5-10km的范围之内，如果不能满足此要求，就非常影响测量的精度。基于CORS系统的 RTK测量接收机只要有手机信号的地方，就能顺利接收相关测量数据，而且数据非常精准和稳定，能大幅度提高测量质量和效率，从而满足实际公路勘探、施工、监理的线型图测绘需求[6]。

4 CORS-RTK技术应用范围

4.1 纵、横断面测量

在借助CORS系统下的RTK测量接收机，进行中桩高程参数测量的时候，只需把放样数据输入到CORS系统下的RTK测量接收机中，就能够通过CORS系统进行全面的测量分析，很快捷而精准地获取设置放样点相关数据，施工人员借助这些数据文件直接进行放样测量，然后获取很精确的数据文件。当获悉断面形式以后，就能够把放样数据输入到系统中，进而得到纵、横断面的相关放样的测量数据。

4.2 控制测量

没有CORS系统支持的控制测量技术一般采用布置导线网和三角网这些方法方式进行控制测量，另外针对测量地点的地形地貌的要求也比较苛刻，要求各测量点之间能够通视，对每个测量及录入环节的要求也十分严格。然而测量过程中人工读取测量数据难免会出现错误，直接导致测量结果不符合设计规范要求，务必进行复测，测量进度将会严重滞后。借助CORS系统下的RTK技术，对测量技术人员的劳动强度能有效进行降低，而且不需要人工读取数据。在卫星信号满足强度要求的前提下，接收机能接收数据的完全符合测量精度要求，极大地提高了工作效率，为施工生产保驾护航。

4.3 公路中线测量

控制测量技术如果没有CORS系统支持，而是采用全站仪对道路的中线进行测量的方式，测量过程非常复杂，不仅测量工作量大，而且测量效率不高，包含路线标注、坐标、放样、测量和计算中桩标号等步骤非常琐碎，而采用基于CORS系统下的RTK技术，只需要把中桩坐标输入到设备中，CORS系统就能自动生成放样点，而且可以对各点位单独进行测量，从而极大降低了系列数据误差的累积，切实提高测量数据的精确度。

5 实例分析

5.1 工程概况

国省干线横四线顺昌关东至焕仔坑段(福建顺昌城关过境段)新建工程(二期)工程，路线起点桩号K2+970，向西北方向经过黄源东，在K3+568.5处建设黄源东大桥上跨延顺高速公路连接线，一路向西以后，经过午押坵，向西南方向后，斜穿西岗小区边沿，在K7+326.5处建设西门2#大桥，上跨鹰厦铁路以及富屯溪，终点止于水南镇焕仔坑，和G316(桩号为244)线相连接，道路终点位置桩号是K7+853.769，路线全长距离为4.884km。整个线路基填方为51.29万m3，挖方为60.31万m3，路基宽度为17.5m，其中主线架设2座大桥；主线设置11道涵洞和通道。整个项目的控制性工程含有西门2#大桥、横四线与连接线平交口、高填路基。道路等级设计为二级公路，设计速度为60km/h。

工程路线沿线主要是丘陵和岗地等地貌，该区域基岩通常埋藏较浅，顶部有一些残积物覆盖，植被发育，树林繁茂；河谷和盆地中的基岩裸露，分布于砂类土、黏性土、碎卵砾石层；残坡积粉质黏土、残积黏性土等沿线坡地广泛地分布，全线最大高差80.2m，全线山地较多，林木密集，视线很差，交通不便，线路蜿蜒曲折，没有施工便道，车辆前期无法驶入，该标段全线4.884km已知控制点只有9个，这些不利因素给测量造成困难。

5.2 南方银河1RTK测量接收机与CORS账号相连的设置方法

南方银河1RTK测量接收机(如图1)是目前是我国生产的体积最小质量最轻的RTK测量接收机，通过业内第一家采用的蓝牙通联技术、NFC近场通讯技术和技术领先的惯导技术，不仅能够适用北斗定位系统，还能全方位适应CORS系统，同时配置全键盘、高性能、高智能的手簿。 南方银河1RTK测量接收机通过手薄软件(工程之星3.0软件)与CORS账号相连步骤如下：

图1 南方银河1 RTK

步骤1：通过蓝牙与设备相连

(1)把手簿软件打开后，通过在屏幕点击“配置”，“工程设置”对话框随即在屏幕弹出，点选“仪器连接”提示。

(2)进入“蓝牙管理器”选项后，点选“蓝牙”，在可选用设备栏中选择南方银河1 RTK的主机号，然后在屏幕下方点击“连接”。

注：系统会与主机自动相连接，如果透明悬浮框“连接成功”字样在页面弹出，这意味着手簿和移动站连接成功。

步骤2：进行移动站设置

(1)重新回到软件开机状态后，将“配置”点击，对话框弹出以后，对“仪器设置”进行选择。

表1 全站仪和RTK测量接收机的中桩放样数据表(单位：m)

(2)进入“仪器设置”界面，选择“移动站设置”。

(3)切换到“移动站设置”界面以后，通过选择“手机网络”进行网络配置(备注：当SIM卡在机头时就点选接收机移动网络，当SIM卡在手簿时则点选手机网络，当SIM卡在机头手簿连接机头WIFI热点则点选接收机WIFI网络)；数据链点选“网络模式”；使用倾斜补偿、电台路由和记录原始数据都选择“关闭”；把截止角设置为10°-15°之间合适的角度，施工人员可按照测量环境进行选择；数据链设置：①点击“数据链设置”以后，再切换到“模板参数管理”的界面;②因为是首次设置数据链，处于“模板参数管理”界面状态下时点选“增加”。(备注：进行设置后，再通过一样的千寻CORS账号选择“编辑/连接”之前留存的数据链设置);③切换到“数据链设置”界面后，服务器：勿选；名称：用户自定义(如：中铁十八局集团二公司顺昌项目部)；IP输入“117.135.142.201”；Port输入端口“8001”(对应 CGCS2000)，端口：8002 (对应WGS84 )，接入点(可直接刷新获取)：RTCM33_GRCEpro(4星接入点)、 RTCM33_GRC (3星接入点)；账户和密码依据CORS账号网提供的千寻CORS账号的用户名和相关密码信息进行填写；选取“NTRIP”模式；在接入点点击进入后，刷新列表候点选“RTCM32-GGB”；设备将会自动连接“开启”。完成数据设置并检查没有错误以后在右下角点击“确定”，将数据链进行保存设置;④重新返回到“模板参数管理”界面以后，把先前保存的数据链设置选中，在左下角点击“连接”。

返回到主页以后，当手簿出现固定解的时候，就可借助南方银河1RTK设备进行测量工作。

5.3 实际测量

通过比选，选用3台南方银河1 RTK测量接收机、2台瑞德R6、1台徕卡TC802全站仪、1台DSZ2FC水准仪、系列手簿、有蓝牙功能的手机进行测量。

道路中线测量：每相隔400m对每一个中桩进行解算，特别是在道路交叉位置、一些变坡地、建筑群需要进行加桩。通过RTK测量接收机的放样功能，得出计算点坐标，误差没超过±0.05m。与全站仪进行测量相比，极大地降低了误差，提高了测量效率。

纵横断面测量：对于高程起点选择测量范围内四等水准点，按照图根要求的精度标准，对地面高程顺着中桩逐桩进行布桩。完成测量以后，将同一中桩点RTK测量接收机釆集高程和水准高程进行对比，误差没超过±0.04m，比水准仪等仪器测量更快捷更精准。

工程控制点测量：施工人员在6个放样控制点进行直接放样测量，然后把收集到的相关数据文件，选取测量的平均值，误差没超过±0.02m。与全站仪测量相比更快捷更精准。

5.4 进行分析观测数据

通过检测获取的中桩坐标统计数据表详见表1。依据表1中记录的全站仪和RTK测量接收机的中桩放样数据，通过分析能够得出这样的结果：通全站仪和RTK测量接收机两种不同测量方式下得到的最大△X值是0.021m,最大△Y值是0.011m；桩号K6+300的位置出现最大点位误差，与之匹配的△Y值为0.011m，△X值是0.021m,误差值是0.023m,在规范要求的±0.05m的误差范围之内。

RTK测量接收机高程回釆及中桩水准测量统计数据表见表2。通过表2的数据进行分析可以知道，在完成中桩的测量以后，通过对比RTK测量接收机高程回采及水准点联测量高程可以断定最大高程差位于桩号K4+300，两个桩号之间最大高程差值仅为-0.016m，远小于规范不超过±0.04m的规定。

表2 RTK测量接收机高程回釆和中桩水准测量数据统计表(单位：m)

表3 RTK测量接收机的施工控制点观测值

表4 施工控制点距离检测表

表3是控制点RTK测量接收机观测表，表4是施工距离检测表。对两个表中的观测数据以及测量数据，进行对比分析能够得出这样的结论：采用RTK测量接收机设备对施工项目控制点观测，最大差值位于D028位置，最大差值为0.005 4m，没有超出测量平面坐标差的±0.02m的范围。借助坐标反算计算出A001-A003, A006-A007,D027-D028之间的距离，通过全站仪对各控制点间距离进行检测，发现最大误差值是D027-D028，最大误差值是1/105 806。误差没超出1/4 000的范围。

按照传统测量方法，完成本工程近4km的山区公路测量，通常需要很多个工序，至少需要6人，20d的工期，其中对影响线路通视的林木进行移植等工作就花费一定时间和人力物力。而借助CORS系统下的RTK测量接收机设备测量技术，一人一机的情况下，仅需2个工序，3人12d工期即可完成。

6 结束语

在山区公路勘测设计施工中，如果采用传统测量技术，通常因为复杂的地形地貌和落后的技术而影响公路测量准确率，进而影响山区公路的勘测设计施工质量。将基于CORS的高精度GPS测量技术应用到山区公路测量当中，不仅能够大大提高测量的精准率，还能够极大减少测量技术员的工作强度，有效确保公路工程质量。文章对CORS系统和CORS系统支持下的RTK技术的特点和应用进行了详细介绍，对国省干线横四线顺昌关东至焕仔坑段新建工程借助CORS系统支持下的RTK技术进行公路中线测量、纵横断面测量、控制测量得到的观测数据和通过传统检测手段得到的测量数据进行对比分析，事实证明,通过CORS系统支持下的RTK技术测精度高、操作便捷、无须进行架设基站架设、覆盖范围广。需强调的是，此技术的前提条件是测量区域有CORS系统网络覆盖，并确保用户无线网络和移动通讯的流畅。