余旭涛
杭州万宇测绘有限公司 311202
摘要：本文对GPS RTK术的介绍，同时比较了RTK技术与传统测量技术，总结了RTK技术的优势。重点分析了GPS RTK技术在公路测量中应用。
关键词：GPS-RTK技术；公路测量；优势
RTK技术又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测值的差分方法，是以空间大地坐标（wgs-84）为实时观测的数据源，利用实时数据处理技术和数据传输技术，在RTK的作业模式下通过数据链在系统内组成差分观测值，实时处理流动站观测值及由基准站发射电台传送给流动站的指定坐标系统下的高精度定位结果的一个测绘系统。
1、传统测量与RTK测量技术的比较
1.1各种控制测量
传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度如何，采用常规的GPS静态测量、快速静态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。若把RTK用于公路控制测量则不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。
1.2 地形测图
过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测图等等，都要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到外业去返测。现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上几秒钟，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图。
1.3 放样
放样是测量一个应用分支，它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来，过去采用常规的放样方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要2-3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样，如果采用RTK技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人操作。
图1 平面控制网点图
2、GPS-RTK技术的优点
2.1工作效率高
在一般的地形地势下，高质量的RTK 设站一次即可测量完4km 半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数，移动站一人操作即可，劳动强度底，作业速度快，提高了工作效率。
2.2定位精度高。
只要满足RTK 的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4km），RTK 的平面精度和高程精度都能达到cm级。
2.3全天候作业。
RTK 测量不要求基准站、移动站间光学通视，只要求满足“电磁波”通视，因此和传统测量相比，RTK 测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要能满足RTK 的基本工作条件，它也能进行快速高精度定位，使测量工作变得更容易更轻松。
2.4GPS-RTK测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强。
RTK 可进行多种测量内、外业工作。移动站利用软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。
2.5影响RTK 成果精度的因素
一般来说，影响RTK 成果精度的因素主要是GPS 观测其有误差源，除此之外，还有受基线解算精度、基准站点位精度、坐标系转换精度的影响，但是在RTK 作业中，基线解算精度可以达到10cm+1μmD；基准站点位精度平均在3cm 之内；坐标系转换精度，对于10km 基线亦在3cm以内，动态作业由于测距偏心，天线高误差等，一般也在3cm 以内，至于正常高拟合与内插精度取决于连测点数目与分布、拟合模型等，一般在5cm～10cm内是能够做到的。
3、RTK技术在公路上的应用
例如在建设中的某高速公路延长线，该区域地形复杂山多，大范围的密林若用常规的测量仪器布设控制网，由于通视困难，不仅费工费时，而且精度分布不均匀，而规范对附含导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，再加上工程质量要求高。工期紧。使得长期以来在高速公路中广泛使用的常规测量技术已无法胜任。在高速公路的各个施工阶段选择GPS方法进行测量定位是很有必要的。在某高速公路延长线的整个工程覆盖范围内建立精密的GPS控制网和2-3个固定的GPS基准站。由此可以保证各个施工工作面的基准系统和测量数据的协调一致，精确统一。
3.1测量方法与步骤
在平面控制测量中，为了满足本次工程的需要，分阶段逐次建立了首级控制网、路线控制网和工点控制网，如图 1所示。采用的仪器为南方 GPS灵锐S82型 3台套。
（1）首级控制网要按一级要求进行布设，整个区域内一共测了 7个一级 GPS点，用边连式布网，采用静态方法观测。
（2）路线控制网点沿路线前进方向布设，每 500 m需要布设一个平面控制点，采用静态方法观测。除此以外为了便于设计人员选线，沿路线每隔 50～ 100 m需加密布测平面控制点。用于路线带状图测绘、道路现状的数据采集及道路中桩放线时的检核，观测方式则采用RTK进行观测。
（3）在首级控制网的基础上又加密了工点控制网点，两座大型桥梁外两岸分别布测了一对控制点，另外布测了一个检核点，按二级要求进行观测。
（4）平面控制测量的坐标系统采用抵偿面上的高斯正形投影任意平面直角坐标系。采用 G006单点定位解来作为起算点，其坐标为：
X = 3803012.592
Y = 632426.473
其中，Y坐标加常数为 500 km。选择的基线为 G006～ G007段，用 2″级 NIKON全站仪按照四等要求测出平距 S G06～ G07 = 2977.198 m，其边长已经过气象以及加常数改正，投影的平均高程面为 700 m，假定 G006～ G007方位角（采用真北方向）为α= 0°13′04″，由 S G06～ G07和α计算出 G007的坐标为：
X = 3803655.847
Y = 635333.350
以 G006、G007这两点作为约束点进行二维约束平差。选择标准椭球为 W GS - 84椭球，中央子午线为 72°。
（5）平面控制测量控制网中二维约束平差情况
3.2基准站设置
在公路测量线路附近按规范要求布测了 7个一级平面兼高程控制点，同时沿线路每 500 m加密一个二级平面兼高程控制点，为了能够满足大型桥梁及工点的设计需要，还建立了工点控制网、点控制点兼高程控制点。工点控制网与首级控制网相连，并保持本身的精度。这些控制点能够用作 GPS基准站。
3.3坐标转换参数的确定
由于所在区域地理环境的特殊性，采用常规测量方法很难在短时间内完成如此大工作量的测量工作，因此采用了先进的 GPS RTK技术。使用的仪器为南方灵锐 S82型 GPS双频接收机，然后利用各个控制点的大地经纬度和测算的当地坐标，在内业中计算得到坐标转换参数，直接将参数输入测量控制器。实践证明，这种方法计算得到的参数准确、浪费时间较少。得到参数后，在现场对控制点进行核查测量。将 GPS静态观测成果与RTK观测成果进行对比，对比结果如表 1。从表 1可知，RTK定位成果能满足公路工程中一般测量工作的精度要求.
表1 RTK定位结果与静态定位结果比较表
3.4分项测量
（1）定线放样。首先在测量电子手簿中输入线路中线的曲线要素，即可自动生成线路图。在整个放线过程中，电子手簿实时显示测点里程和偏移距，使其能够指导线路放线工作。
（2）带状地形图测绘。利用 RTK进行沿线及各工点局部地形测绘，因为一台基准站可以同时提供多个流动站使用，因此外业测量中可以分若干个小组同时开展工作，能显著提高测量效率。采用这种技术可独立完成绝大部分的地形测绘工作。测点位于高山密林且地势特别低洼处，GPS信号严重受阻时，则可采用 RTK与全站仪相结合的方法来测绘局部地形。即利用 RTK技术测设必要的图根点，再用全站仪进行碎部测量。实践证明：RTK技术与常规地面技术的合理组合是解决复杂条件下地形测绘的一条切实可行的有效途径。
4 GPS技术在公路测量中的应用前景
目前公路勘测中虽然已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造，在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。当前，用GPS静态或者快速静态方法建立沿线总体控制测理，为勘测阶段测绘带状的地形图，路线平面、纵面测量提供依据；在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网，这仅仅是GPS在公路测量中应用的初级阶段，其实，公路测量技术潜力蕴于RTK（实时动态定位）技术的应用之中，RTK技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景.
参考文献：
[1] 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用.3版.武汉：汉大学出版社，2008.7
[2] 顾孝烈，鲍峰，程效军.测量学.3版.上海：同济大学出版社，2006.8
[3] 何保喜.全站仪测量技术.2版.郑州：黄河水利出版社，2010.7
论文作者:余旭涛
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/28
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