電子論文GPS-RTK技術在道路工程測量中的應用

　　GPS在道路工程中的應用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網及測定航測外控點等。介紹了GPS系統。重點闡述了RTK技術的原理、組成、特點等，并總結了GPS-RTK技術在道路工程測量中的應用。

　　《電子科技大學學報》(社會科學版)(雙月刊)創刊于1999年，是由電子科技大學主辦的刊物。本學報主要反映學校學科建設、教學科研成果以及管理水平的高級社會科學學術刊物，面向國內外公開發行。

　　一、GPS系統

　　GPS是全球定位系統(NavigationSatelliteTiminganRanging/GlobalPositioningSystem，NAVSTAR/GPS)的英文縮寫，它的含義是利用衛星的測時和測距進行導航，以構成全球定位系統。現在國際上公認，將這—全球定位系統簡稱為GPS。GPS是目前世界上最先進、最完善的衛星導航系統與定位系統。經過10年我國測繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科，從而給測繪領域帶來—場深刻的技術革命。

　　二、RTK技術

　　2.lRTK技術簡介。RTK技術是以載波相位測量與數據傳輸技術相結合的以載波相位測量為依據的實時差分GPS測量技術。是一種將GPS與數傳技術相結合，實時解算進行數據處理，在1秒的時間里得到高精度位置信息的技術，它是GPS測量技術發展的—個新突破，在道路工程中有廣闊的應用前景。

　　2.2RTK技術的基本原理。建立無線數據通訊是實時動態測量的保證，RTK技術的原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，置一臺接收機作為參考站對衛星進行連續觀測，流動站上的接收機在接收衛星信號的同時，通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數據。隨機計算機根據相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度。這樣用戶就可以實時監測待測點的數據觀測質量和基線解算結果的收斂情況。根據待測點的精度指標，確定觀測時間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。

　　2.3RTK系統的組成。RTK系統主要由基準站接收機、數據鏈及移動接收機三部分組成。

　　它是利用2臺以上GPS接收機同時接收衛星信號。其中一臺安置在已知坐標點上作為基準站，另一臺用來測定未知點的坐標(移動站)。基準站根據該點的準確坐標求出其他衛星的距離改正數并將這一改正數發給移動站，移動站根據這一改正數來改正其定位結果，從而大大提高定位精度。它能夠實時地提供測站點指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。RTK技術根據差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準站的載波相位修正值發送給移動站，改正移動站的接收載波相位，再求解坐標;差分法是將基準站采集到的載波相位發送給移動站，進行求差解算坐標。

　　2.4RTK技術的特點。RTK技術具有如下優點：工作效率高。在一般的地形地勢下，高質量的RTK設站一次即可測最完4km半徑的測區。大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的設站次數，移動站一人操作即可，勞動強度低，作業速度快，提高了工作效率。定位精度高。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內(一般為4km)，RTK的平面精度和高程精度都能達到cm級。全天候作業。RTK測量不要求基準站、移動站間光學通視，只要求滿足“電磁波”通視，因此和傳統測量相比，RTK測量受通視條件、能見度、氣候、季節等因索的影響和限制小，在傳統測量看來難于開展作業的地區，只要能滿足RTK的基本工作條件，它也能進行快速高精度定位，使測量工作變得更容易更輕松。RTK測景自動化、集成化程度高，數據處理能力強。RTK可進行多種測量內、外業工作。移動站利用軟件控制系統，無需人工干預便可自動實現多種測繪功能，減少了輔助測量工作和人為誤差，保證了作業精度。

　　三、GPS—RTK定位的作業流程

　　(1)基準站的設置

　　根據工程需要在當地收集高等級已知控制點，并對收集到的控制點進行必要的檢測，以保證起算數據準確可靠。多數情況下，收集的已知控制點不便于工程直接使用，此時要在測區內布設若干控制點，聯測坐標與高程。RTK定位測量時，在選定的基準站上安置接收機，正確配置參數。

　　(2)坐標系統轉換

　　一般工程項目的建設都是在地方獨立坐標系中進行，因此需要計算坐標轉換參數。利用控制點(至少三個)進行RTK參數修正(必須解得七參數)，求出坐標轉換參數后，利用測量控制器即可實時解算出定位點的工程獨立坐標。轉換參數的確定有兩種方法：第一是利用RTK設備中測量控制器在現場進行測算，首先從平面控制點中選擇至少三個點(三個點均要有高程)，將其準確的當地坐標輸人控制器中，然后在現場進行逐點定位測量，觀測時間不少于

　　5min，第三個點測量完成后，既可利用測量控制器中的自帶軟件計算出坐標轉換參數。通過實踐證明這種方法在現場花費時間較多，并不實用;第二是利用步驟l中得到的各個控制點的大地經緯度和測算出的當地坐標，在內業中計算得到坐標轉換參數，直接將參數輸入測量控制器。實踐證明，這種方法算得的參數準確、花費時間較少。

　　(3)流動站測量定位

　　坐標轉換參數確定無誤后，即可在測區根據工程需要進行相關的測量定位放樣和測繪工作。

　　四、GPS在道路工程中的應用

　　隨著高等級公路的迅速發展，對勘測技術提出更高的要求，由于線路長，已知點少，因此，用常規測量手段不僅布網困難，而且難以滿足高精度的要求。日前，國內已逐步采用GPS技術建立線路首級高精度控制網，如滬寧、滬杭高速公路上的上海段就是利用GPS建立了首級控制網，然后用常規方法布設導線加密。實踐證明，在幾十千米范圍內的點位誤差只有2cm左右，達到了常規方法難以實現的精度。同時也大大提前了工期。利用wild200GPS接收機的快速靜態定位功能施測了線路的全部初測導線，快速、高精度的建立了數百公里的高速公路控制網，取得了良好的網形，提高點位精度，同時對檢測常規測量的支點也非常有效。如在大橋的建設中，首先用常規方法建立了高精度邊角網，然后利用GPS對該網進行了檢測，GPS檢測時達到了毫米級精度，與常規精度網的比較符合較好。GPS技術在隧道測量中具有廣泛的應用前景，GPS測量無需通視，減少了常規方法的中間環節，因此，速度快、精度高，具有明顯的經濟和社會效益。通過實施GPS測量可以看出：GPS測量靈活、方便，能大大節省人力、物力、減少野外砍伐工作量，減少一些過渡點;具有極高的精度，它完全能達《公路勘察規程》的要求;較紅外儀導線測量，可提高效率4倍～5倍。

　　五、RTK技術在線路測量中的應用

　　由于RTK技術具有實時厘米級的定位精度。因此如能將RTK技術應用于線路定測將取得良好的效果。RTK技術應用于線路定測的特點：

　　(1)以往的中線測量是先確定平面位置后確定高程，即先放中線，后做中平測量。而GPS技術具有三維坐標信息.無需再進行中平測量，大大的提高了效率。

　　(2)一個參考站有10km左右的作用半徑。因此整個線路上.只要布設首級控制網，便可覆蓋整個路線，而不必布設以下幾級的控制網，如一、二級導線。只要保存好首級點，即可隨時放樣中線或恢復整個線路，因此也不必擔心一些重要樁位，如交點樁的丟失而給線路測量帶來困難等。

　　(3)一個參考站可服務于多個移動站，移動站可由一個人單獨操作，大大節省人力并提高工作效率。

　　(4)由首級網與中線直接聯系，不存在誤差積累，能達到很高的精度，適合高等級線路工程建設要求。

　　結語

　　在道路工程初測中，線路平面控制網的布置和測量是外業中的重中之重，是后續工作開展的前提。GPS技術使傳統的測量理論與方法產生了深刻的變革，促進了測繪科學的現代化。GPS以其全天候、高精度、自動化、高效率等顯著特點成功地應用于資源勘探、環境保護、農林牧漁、運載工具導航和地殼運動監測等多個領域。同時，GPS—RTK技術的引進和應用，導致了公路、鐵路工程測量模式的一次根本性變革和發展。實踐證明，RTK技術能顯著提高測量效率、縮短工期、降低成本，同時具有精度可靠、方便實用和靈活多變的突出優點，它為復雜地形條件下的道路工程測量開辟了一條嶄新的和切實可行的技術途徑。因此，GPS—RTK技術在道路勘測設計領域有更廣闊的應用前景。

　　參考文獻：

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