RTK技術在山區公路工程測量中的應用

黃羽高

(長沙市勘測設計研究院)

1 RTK技術的的基本原理

RTK是一種實時差分GPS測量技術，他能夠通過載波相位觀測量為指定坐標系中的三維定位實時地提供測站點，其結果甚至能精確到厘米級。實時數據傳輸部分(數據鏈，俗稱電臺)、GPS信號接收部分(GPS接收機及天線)和實時數據處理部分(GPS控制器及其隨機實時數據處理軟件)是RTK測量系統的三個組成部分。

將1臺GPS接收機安置在基準站上，再用無線電傳輸設備將連續觀測所有可見的衛星的數據實時地傳輸給流動站。在流動站上，GPS可以利用無線電接收設備功能接收基準站傳輸過來的觀測數據，同時GPS衛星發射出來的信號也能如實地接收，然后根據相對定位的原理，非常準確地計算并將流動站的三維坐標及其精度顯示出來。

2 工程概況

K公路是K河水電站工程的一個重要組成部分，但是該地區的某些公路段在水電站建成使用后就被水淹沒了。為了改善該地區的生產條件，必須將該地區的公路重新進行規劃建設。

(1)設計標準。

本項目一階段施工將勘察、設計合同及業主的委托書納入到了基礎部分，以現行《公路工程技術標準》(JTGB0l-2003)及有關勘測設計規范為依據，K公路的技術標準為四級。

(2)控制等級。

為使控制點合理且便于施工，K公路采用水電站庫區統一的坐標系統，需要受控的整個測區可以在公路的兩段設置一個通視的控制點，中間也同樣設置一個通視的控制點，再用靜態GPS聯測引點布置。采用四等水準進行高程控制，并將兩個點聯測。對總里程14.1km的測區測量時，則采用1/1000帶狀地形圖，并以公路設計中線兩側各100m為測圖范圍。將RTK-GPS實時動態差分定位與全站儀補測技術相互結合完成，作圖則采用CASS成圖軟件。

3 RTK-GPS在山區公路中的測量應用

采用RTK-GPS定位方式進行本工程所要求的高達厘米的精度定位比較適宜，同時為滿足項目測繪工作的精度要求，工程組首先用南方9800RTK-GPS進行了測量，然后又用全站儀進行了測量，兩種測量結果對比后證明南方9800RTK-GPS在本工程的大部分地段都能達標，因此用南方9800RTK-GPS進行測繪和放樣比較適宜。

3.1 打開和關閉PSION采集器

按下On/Esc鍵，PSJON采集器將被打開。若原來是處于關機狀態，則需靜等片刻后才會出現系統界面(初始狀態)。

3.2 連接基站設備

(1)基站的設備有接收機主機、GPS接收天線、控制器、電臺發射天線、電池等。

(2)基站設置

連接好各種設備后，系統將進入“single”狀態，有5顆以上的衛星被鎖定時，即可點擊進入“設置”菜單，在啟動基準站前，同時還需設置默認值為1的“差分數據頻率”和“天線高”，并按要求將基站相關的各種參數進行設置。

3.3 定位方法

當參數求得后，在需要定位的點上垂直立上移動站的天線，并要求與中桿垂直(對中桿上的圓水準氣泡居中)，2s后需要定位點的坐標將出現在控制器上，其定位精度級別精達厘米。測點坐標保存時按Tab鍵完成。

3.4 外業數據采集

運行數據采集軟件時，后綴為*.IMG的文件均可用該控制器內的駐EPOC操作系統執行。當控制器處于交互模式下時輸入NRTK按Enter鍵便可運行控制器軟件。在按“Menu”前按一下“Enter”，然后等待片刻后即可進入軟件的主界面。

3.5 基準站設置

基準站分RTD和RTK兩種差分模式發射差分數據，其發射間隔一般為1s或2s。在主頁中，選中“設置”項后按enter進入選中彈出下拉子菜單中相應的菜單項，再按Enter進入。

3.6 內業數據處理和道路設計

利用晚上時間，把白天在戶外采集到的數據如實地輸入到電腦里面，然后用南方CASS7.O成圖系統將數據處理成圖，南方CASS7.O成圖系統能很好地解決內業中數據轉換問題。最后設計部門接收并設計完成大比例尺的地形圖、公路設計圖。

完成公路設計后，用RTK數據格式保存里程坐標，通過PSION采集器接收Psion傳輸軟件傳輸的數據后就可以去放樣了。

4 點位放樣

放樣點位時，在放樣界面中輸入點號進行放樣前必須先確認放樣點號或者放樣點的位置，然后按Enter選擇“點放樣”，這時彈出的界面是放樣坐標庫。

首次進入坐標庫時，顯示器的右下角出現一個“stakout.dbf created”，提示了一個用stakcout.dbf文件表示的坐標庫系統文件。坐標庫中需要放樣的放樣點被執行MENU的stake ot提取到放樣屏幕中。如圖1所示。欲放樣的點由屏幕中央實心點表示，當前GPS的位置則由另外一個空心點表示。放樣點與當前點之間折射出的方位角由屏幕頂端“A”處的角度表示，放樣點距離與當前點之間的距離由“D”處數值表示。

圖1 點方樣圖

X方向數值高的點減去數值低的點所得的結果由屏幕下方的dx表示，Y方向數值高的點減去數值低的點所得的結果由dy表示，當RTKfixed及初始化成功時，用當前狀態的Mode放樣出的點的精度非?？煽?。在包含dx，dy的可以容納的范圍內將GPS天線移動，放樣點的平面位置即可顯現出來。

5 線放樣

線放樣是在控制界面中調入需要放樣線的兩個端點，然后把直線放樣到實地中，其模式與點放樣的形式相似。放樣坐標庫的界面在選擇“線放樣”按Enterr時主動彈出，在執行menu菜單的“Line Point start”前后分別選重要放樣的端點，待執行menu菜單中的“Line Point Start”后，屏幕中將出現提取的放樣線坐標。

放樣線由位于屏幕中間的實心線表示，其起點由黑點表示，由GPS定位的當前流動站的位置由空心方格點表示。起點距由所在放樣線平行方向上屏幕頂端距離代表放樣點與放樣起始點之間的距離表示，當前流動站GPS天線到放樣線的垂直距離由屏幕下端偏離距表示。

本項目測量放樣的主要目標是線狀地物，為檢測RTK放樣是否符合測量規范和誤差要求，放樣時，在RTK放樣的中線選擇1km，用全站儀進行第二次放樣檢查，并把測出RTK的放樣點坐標與設計坐標對比，給果RTK放樣時的最高誤差值為-90mm，完全符合30mm以內的誤差標準值的要求。其中選擇了1km用全站儀對RTK放樣的中樁坐標進行復測，可以看出除個別點位因突出和凹陷的地方所導致的誤差超出標準外，其它各點都能達到精密度規范要求，而且精度分布非常均勻。

6 結束語

在進行公路中線和邊線放樣過程中，傳統的方法比RTK-GPS技術復雜得多。尤其是在山區進行操作，往往十來個民工也只能夠清理一套全站儀的線路，且線路中的林木都要砍伐。放樣時還需指揮棱鏡來回移動，測量時，目標經常受到阻礙。因此效率非常低，人員感覺很累。但是用RTKGPS放樣時幾乎可以在叢林中進行，每個農民工只要在前面帶路就可以服務一臺移動站，且效率非常高，精度非常均勻，結果也非?？煽俊?/p>

[1] 王惠南.GPS導航原理與應用[M].科學出版社，2003.

[2] 高建新.高精度全球差分GPS的應用[J].測繪信息與工程，2002.

[3] 黨星海，郭宗河，鄭加柱.工程測量學[M].北京:人民交通出版社，2006.