GPS-RTK技术在公路工程测量中的应用研究

安琳

中铁一局集团第四工程有限公司 陕西 咸阳 712000

相比于传统的工程测量技术，CPS-RTK技术具有测量精度高、速度快等优点，对于公路工程事业的发展可以形成有效的推进[1]。因此，本文也着重探讨公路工程测量中CPS-RTK技术的应用优势和缺陷，并阐述具体的应用路径和措施。

1 GPS-RTK技术原理

CPS-RTK技术是一种基于载波相位的动态定位方法，通过对多个观测点的三维空间坐标进行实时定位，其精度一般可达厘米量级。常规测量方法如水准测量、三角高程测量等，由于地形复杂、高差大、遮挡多等原因，很难有效地进行测量，而GPS-RTK技术即使在测点不能全部通视的条件下，仍然可以实时获取任何测点的三维坐标，并且不受外部环境的影响，可以进行连续测量[2]。这一测量技术主要包括两个部分，一个是基准站，另一个是流动站，通常基准站都是在视野开阔、地势较高的地区进行设置，而且使用GPS卫星对其进行不间断的跟踪，与数据站相结合，将观测数据实时传送到流动站。流动站利用数据链接技术对所获得的观测数据进行实时处理，最终得到精确的测量和定位结果。

2 GPS-RTK技术的优势与缺点

2.1 GPS-RTK系统的优势

（1）仪器操作简便

在传统的工程测量模式中，需要应用到很多测量技术人员，在应用GPS-RTK技术的时候，因为操作简单，所以只需要一台测量仪器就可以了。同时，GPS-RTK技术中的基准站可以通过一次设置之后，就可以重复使用。另外，测量装置内的软件还能对卫星传回的数据进行自动计算，从而减轻了辅助测量的工作量，减少了人为的干扰和测量误差。

（2）测量数据精确

在正常的条件下，一个基准站最少可以得到5个GPS卫星的观测数据，当有良好的观测条件时，可以得到10个或更多的GPS卫星的观测数据，从而提高了测量结果的精度。同时，采用GPS-RTK装置，可以的得到数据偏差，从而对偏差形成有效的控制，最高可达到厘米级别。GPS-RTK设备在对施工现场进行测量的时候，可以在设备内部将测量结果进行实时存储，从而减轻了测量人员的工作量，提高了测量工作的质量和效率[3]。

（3）可以避免累计误差

GPS-RTK技术均不会对测量结果产生影响，无论是搬站的情况下，还是不搬站的情况下，且精度可达厘米级。但是，传统的测量设备全站仪、水准仪在搬站的时候，都会出现一些误差，这些误差值会随着搬站的次数而变化，如果搬站的次数过多，所造成的偏差值就会变得更大，从而影响到测量工作的质量和精度。

（4）测量数据高

过去用传统的测量设备进行测量时，测点和测量仪器之间需要满足光学通视的条件，而GPS-RTK技术可以在不需要满足光学通视的情况下使用。GPS-RTK技术在复杂地形条件下，具有较大的优越性，而且可以减少施工人员的投资和施工费用。与水准仪和全站仪相比，GPSRTK技术的设备可以便捷地进行携带，大大的提高了测量的工作效率。

2.2 GPS-RTK技术存在的缺陷

尽管GPS-RTK技术给测量工作带来了很大的方便，但是该技术并非尽善尽美，在使用过程中同样存在相应的问题。

（1）信号容易受到干扰

GPS-RTK技术的信号容易受到GPS卫星、大气、茂密森林等诸多因素的影响，将使GPS信号产生偏差。GPS-RTK技术以 GPS卫星信号和电台差分信号为主。在采用GPS-RTK技术进行测量之前，需要进行专业的调试工作。

（2）参数设置错误，采集数据精确性不足

在工程测量之前，如果测量人员不能完全掌握GPSRTK设备调试技术，导致参数设置错误后，将会对测量结果产生一定的影响，严重时会导致测量工作的返工。特别是在野外，因为没有控制点，所以很难设定参数。

（3）测量软件专业性不足，算法存在误差

GPS-RTK设备中的公路测量软件如果有缺陷，将会使测量结果产生偏差。但是，在目前阶段，测试软件还不够专业化，为了保证测试工作的顺利进行，还需要继续改进。在实际应用过程中，一些应用软件出现了一些缺陷，导致测量结果出现误差，给以后的公路建设带来了困难。

3 GPS-RTK技术在公路工程测量中的应用

3.1 应用于公路控制测量

在建设项目施工过程中，控制测量是一种最基础的测量手段，它主要是通过对施工现场进行平面定位、高程的测定，从而建立起施工现场控制网。在公路建设中，除了对高精度的点有一定的要求之外，其他的点均可采用GPSRTK技术进行动态测量。在进行动态测量的时候，可以在数据的精度满足需求的时候，立刻停止观察，从而可以减少多余的观察，提高观察的效率。传统的单点静态、准静态和伪动态测量均不具备这一特性，导致施工过程中出现“返工”、“重测”等问题，严重制约了施工进度。

首先，利用GPS-RTK技术进行平面网测量，并初步构建平面控制网，再选择B级控制点作为复测点，利用外业观测法对这些点位进行复查，最后对平面控制网进行优化。在此基础上，对测得的数据进行基线解析和网平差的计算，确保测量精度达到要求。在采用GPS-RTK技术的时候，由于不需要使用全站仪、经纬仪、水准仪等测量仪器，所以不需要考虑各点位之间的通视问题，也不需要在所测线路上放置多台设备，可以方便地进行测设工作。但是，在进行控制测量之前，在初步测设完成平面控制网之后，在进行外业数据处理之前，应该及时地对卫星数量和位置、卫星信号质量以及卫星高度截止角等卫星信息进行检查，以确定数据的准确性[4]。如果出现质量较差的点位，应该重新进行测量，以免最终的结果出现不精确的情况。

3.2 应用于公路中线测量

应用GPS-RTK技术进行公路中线测量，主要采取直线或是曲线的静态测量方法，进而获得中央线条的准确坐标，并得到对应的信息数据。在中线测量的过程中，测量人员也需要基于施工现状和施工方案，做好关键地点的样本点定位，从而对主要观测点的位置信息和距离完成测量工作，保证测量精度。在此基础上，测量人员还需要结合测量情况，做好关键桩点的记录分析，进而调整工程方案。

3.3 应用于地形测图

在公路工程建设之前，必须在大比例带状尺地形图上选择线路，其比例尺一般为1∶1000或1∶2000，所以，绘制大比例带状尺地形图是公路工程的基础工作。常规的做法是利用全站仪等设备对每一块断块进行测量，再利用制图软件手工绘制成图。所以在测量时，不仅要确保每一个点位通视，而且每一个点位还需2-3人参与，这样就会造成测量与制图的效率偏低。采用GPS-RTK技术时，仅留下一名测量员在基准站，其余测量员均可前往碎部点进行立杆，在且每一部位仅停留数分钟，在此基础上再将碎部点的特征编码和属性数据随后录入到移动站的电子手簿之中。接着，就可以使用系统内的草图功能，在任何时候都可以画出草图，这样就可以方便地进行内部的整体设计工作。此外，该系统还具有适应成图软件，可以在现有的草图基础上，自动生成大比例的带状地形图，从而极大地减轻内业人员的工作负担，提升测图的效率，降低绘图的误差。

3.4 应用于公路纵、衡断面测量

（1）辅助纵断面图的绘制

在公路纵断面图的绘制过程中，GPS-RTK技术的应用也非常普遍。进行图表的绘制，可以将已经完成的地形图曲线要素输入到手簿之中，基于此确定工程起点和坐标，在这样的自动化系统之中，路线图也可以自动生成，从而为后续的测量和施工奠定坚实的基础。而在外业的开展过程中，测量人员可以输入预定路线起点，这样就可以自动向目标行进，其具有较高的精度。作为技术人员，需基于精度要求，保证位置的准确性。通过应用GPS-RTK技术，不仅可以提升测量精度，还可以节约更多的时间、成本和人力，所以也可以对公路工程的建设形成有力的推动。

（2）辅助横断面图的绘制

GPS-RTK技术对横断面图的绘制也起到了很好的辅助作用，不同区段的测量工作在某些方面是一致的。首先用电子手簿绘制出一条直线，然后点开横断面模式，再输入中线路程。这样，工作人员就能按照手簿上的信息指引，确定中心线的位置，并在路线上对地面高程信息进行有效的采集。GPS-RTK技术在进行具体测量工作时，能够很好地保证横断面测量工作的精度，从而为今后更好地进行公路工程建设工作提供有效的依据。

3.5 应用于高程测量

GPS-RTK系统与全站仪相类似，可以直接给出相应的高程数据，但是这些数据必须经过高程拟合，从而将大地高程转化为正常高程。但是，在转换时，会遇到一些复杂的地形变化等因素引起的高程异常。GPS高程数据的拟合一般采用布设水准点的方法，水准点的数目要够多，而且分布要均匀，对其起伏情况的设置也需要基于地形条件进行。一般情况下，都是在公路线路的两侧进行水准点的布置，从而实现对中线桩高程的拟合。

3.6 应用于施工测量

GPS-RTK技术的运用，为公路工程的测量提供了更多的可能，如放样结果准确、全过程所需的时间更短、误差更小，而且每一个放样点位都可作为正式施工时的重要参考基准。GPS在测量过程中，能够为测量工作提供软硬件双支撑，使其能够更方便、快捷地进行定位测量。从实践中可以看出，GPS-RTK技术在使用过程中，虽然仍然会出现一些点位误差，但是这些误差都是很小的，也就是能够将其控制在允许的范围之内，并且对于公路工程的测量精度造成的影响也是很小的，甚至可以忽略不计，能够满足施工测量的精度要求。

3.7 应用于精度分析

（1）RTK测量精度与遮挡物影响的关系

在测量实践中，很多测量条件也很难得以满足，所以也需要对一些遮挡物进行躲避，这样才能有效接收信号，但是一般情况下，躲避起来相对困难，比如数传电台在传输无线电信号之时，往往就很难对遮挡物形成躲避。而且很多公路测量工程也会途径森林，为了使RTK技术的测量精度更有保证，则需要选择树木较少的位置进行测量。在测量中，要保证所有的初始化信息都被保留下来，保证数据传输的稳定性，这样才能使坐标和高程的偏差得到有效的控制。然而，在树木较多的地方，测量的进度会受到一些影响，此外，通信信号发射塔和高压电线周围测量的结果也会存在较大的偏差，使得测量结果难以达到一定的精度。当距离超过400m以后，基本上可以保持不变，不过400m以内的测量还是要按照基本的方法来进行。

（2）RTK测量精度与基准站点位的关系

在测量时，必须有效地控制基准站与测量之间的距离，在一定程度上，两点之间的距离将会对RTK测量的精度产生影响。一般情况下，点位与基准站之间的距离应控制在5 m以内。此外，还要仔细分析基准站与测量高差之间的距离，以便于选取相同水平距离不同高差的点位进行比较和测量，基准站与最终测量的高差对 RTK的测量精度基本没有影响。

4 基于GPS-RTK技术提升公路工程测量质量的策略

4.1 构建完善的测量监管制度

因为公路建设的时间比较长，而且工程量比较大，所以为了保证测量工作能够顺利进行，施工企业应该与测量工作的实际需要相结合，对测量过程进行持续的优化和改进，同时将现代测量的概念引入其中，建立起一套完善的测量工作标准和测量监督管理体系，这样才能更好地适应公路测量工作的需要，把测量工作真正地落实到工作中去。具体而言，需要保证测量操作的标准化，每一次测量操作的过程，都需要得到监督和管理，并且做好详细的记录，还需要针对测量数据进行验收。其次，要健全相应的人员管理体系，组建专业的公路勘测监理队伍与组织，并落实监理检验工作，保证监理人员具有较高的业务素质，以保证勘测成果的准确性与可靠性。

4.2 构建专业的测量技术队伍

在我国公路建设项目数目和规模逐渐增大的情况下，对测量技术人员的专业素质和综合素质的要求也越来越高。作为施工企业的管理人员，也需要坚持以人为本的原则，重视人才培养，采取培训或是外派等方式，强化测量技术人员的综合素质，不断优化学习环境，引进更多的先进技术和设备，夯实技术人员的理论基础，让技术人员从而能够更好的掌握测量仪器的操作，掌握仪器的维护知识，做好仪器的维护，延长仪器的使用寿命，建立一支强大的、专业的测量技术队伍，以适应测量工作的需求，切实保证公路项目建设的施工质量。

4.3 明确常见问题，优化解决措施

首先，在RTK技术的野外测量中，由于使用GPS卫星进行信息传送，在一定程度上会受到卫星状态的制约。为保证测量结果的准确性，必须对测量方式进行科学的选择。其次，在信息传递时，数据量本身的传递也会受到一定的干扰与制约，很容易产生工作的真实半径小于名义距离的问题。为了避免上述问题，工作人员可以把精确站设置在测区中部的最高处，这样就能减少地形对GPS-RTK技术的影响，从而更好地保证精确站的精度。需要注意的是，不管是应用什么测量方法，都会在精度和稳定性上产生问题。

5 结束语

总体来看，GPS-RTK技术在我国具有很好的发展前景，其在实际中的应用范围也在不断拓展，在众多的工程中都得到了很好的应用。GPS-RTK技术在公路工程测量中的应用，将为工程施工提供坚实的数据参考。同时，随着我国北斗导航系统技术的不断突破，RTK技术也在持续升级，其定位精度要更高。因为公路工程测量工作的开展，必须要加强GPS-RTK技术的应用。