淺談GPS技術在公路測量中的應用

[摘要]GPS技術應用于公路測量是公路外業勘測的一項重大技術革命，其應用及開發的前景十分廣闊。尤其是實時動態(RTK)定位技術在公路測量中蘊含著巨大的技術潛力，本文主要介紹了GPS中的RTK技術在公路測量中的應用及其對公路勘測的巨大推進作用。

[關鍵詞]GPSRTK 公路測量

中圖分類號： X734 文獻標識碼： A

1 、GPS技術發展現狀

ト球定位系統GPS(GlobalPositioningSystem)是美國陸海空三軍聯合研制的衛星導航系統，具有全球性、全天侯、連續性、實時性導航定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。單點導航定位與相對測地定位是GPS應用的兩個方面；對常規測量而言相對測地定位是主要的應用方式。

ハ嘍圓獾囟ㄎ皇搶用L1和L2載波相位觀測值實現高精度測量，其原理是采用載波相位測量局域差分法：在接收機之間求一次差，在接收機和衛星觀測歷元之間求二次差，通過兩次差分計算解算出待定基線的長度；求解整周模糊度是其關鍵技術，根據算法模型，設計了靜態、快速靜態以及RTK等作業模式。靜態作業模式主要用于地殼變形觀測、國家大地測量、大壩變形觀測等高精度測量；快速靜態測量以其高效的作業效率與厘米級精度廣泛應用于一般的工程測量；而RTK測量以其快速實時，厘米級精度等特點廣泛應用于數據采集(如碎部測量)與工程放樣中。RTK技術代表著GPS相對測地定位應用的主流。

GPS測地型接收設備是實現測地定位的基本條件，接收機有單頻與雙頻之分，雙頻機能以L2觀測值修正電離層折射影響，最適宜于中、長基線(大于20km)測量，具有快速靜態測量的功能，可升級為RTK功能；單頻機適宜于小于20km的短基線測量，對于一般工程測量具有良好的性能價格比。RTK系統由GPS接收設備、無線電通訊設備、電子手薄及配套設備組成，整套設備在輕量化、操作簡便性、實時可靠性、厘米級精度等方面的特點，完全可以滿足數據采集和工程放樣的要求。鑒于GPS系統在軌衛星數有限，在對空通視受遮擋的條件下，不能保證正常解算，影響定位的精度和可靠性。實踐表明，單頻GPS系統由于多環境的制約，存在著很大的局限性。隨著俄羅斯的全球導航衛星系統(CLONASS)的不斷完善，利用GLONASS來改善GPS性能的雙星座系統(GLONASS+GPS)已由美國Ashtech公司研制成功，這種全天候、全地域、高精度的系統為用戶提供了更為完善的接收設備，雙星座系統的接收設備GPS接收設備的新水平。

お2 、GPS技術在公路測量中的應用

ニ孀盼夜國民經濟的快速增長的西部大開發的實施，我省的高等級公路建設迎來前所末有的發展機遇，這就對勘測設計提出了更高的要求，隨著公路設計行業軟件技術和硬件設備的發展，公路設計已實現CAD化，有些軟件本身還要求提供地面數字化測繪產品的支持；建立勘測、設計、施工、后期管理一體化的數據鏈，減少數據轉抄、輸入等中間環節，是公路勘測設計“內外業一體化”的要求，也是影響高等級公路設計技術發展的“瓶頸”所在。目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設備，但常規測量方法受橫向通視和作業條件的限制，作業強度大，且效率低，大大延長了設計周期。勘測技術的進步在于設備引進和技術改造，在目前的技術條件下引入GPS技術應當是首選。當前，用GPS靜態或快速靜態方法建立沿線總體控制測理，為勘測階段測繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測量提供依據；在施工階段為橋梁，隧道建立施工控制網，這僅僅是GPS在公路測量中應用的初級階段，其實，公路測量的技術潛力蘊于RTK(實時動態定位)技術的應用之中，RTK技術在公路工程中的應用，有著非常廣闊的前景。下面就RTK技術在公路勘測中的應用作簡單的介紹。

お 3 、RTK技術在公路測量中的應用

3.1 實時動態(RTK)定位技術簡介

ナ凳倍態(RTK)定位技術是以載波相位觀測值為根據的實時差分GPS(RTDGPS)技術，它是GPS測量技術發展的一個新突破，在公路工程中有廣闊的應用前景。眾所周知，無論靜態定位，還是準動態定位等定位模式，由于數據處理滯后，所以無法實時解算出定位結果，而且也無法對觀測數據進行檢核，這就難以保證觀測數據的質量，在實際工作中經常需要返工來重測由于粗差造成的不合格觀測成果。解決這一問題的主要方法就是延長觀測時間來保證測量數據的可靠性，這樣一來就降低了GPS測量的工作效率。

ナ凳倍態定位(RTK)系統由基準站和流動站組成，建立無線數據通訊是實時動態測量的保證，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安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。

3.2 應用

ナ凳倍態(RTK)定位有快速靜態定位和動態定位兩種測量模式，兩種定位模式相結合，在公路工程中的應用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監理和GIS(地理信息系統)前端數據采集。

3.2.1 快速靜態定位模式。

ヒ求GPS接收機在每一流動站上，靜止的進行觀測。在觀測過程中，同時接收基準站和衛星的同步觀測數據，實時解算整周未知數和用戶站的三維坐標，如果解算結果的變化趨于穩定，且其精度已滿足設計要求，便可以結束實時觀測。一般應用在控制測量中，如控制網加密；若采用常規測量方法(如全站儀測量)，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區實施比較困難，而采用RTK快速靜態測量，可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5-10min(隨著技術的不斷發展，定位時間還會縮短)，不及靜態測量所需時間的五分之一，在公路測量中可以代替全站儀完成導線測量等控制點加密工作。

3.2.2 動態定位ゲ飭殼靶枰在一控制點上靜止觀測數分鐘(有的儀器只需2～10s)進行初始化工作，之后流動站就可以按預定的采樣間隔自動進行觀測，并連同基準站的同步觀測數據，實時確定采樣點的空間位置。目前，其定位精度可以達到厘米級。

ザ態定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應用前景，可以完成地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面地面線測量等工作。測量2～4S，精度就可以達到1～3cm，且整個測量過程不需通視，有著常規測量儀器(如全站儀)不可比擬的優點。

3.3 RTK技術的優點

3.3.1 實時動態顯示經可靠性檢驗的厘米級精度的測量成果(包括高程)。

3.3.2 徹底擺脫了由于粗差造成的返工，提高了GPS作業效率。

3.3.3 作業效率高，每個放樣點只需要停留1～2s，流動站小組作業，每小組(3～4人)可完成中線測量5～10km。若用其進行地形測量，每小組每天可以完成0.8～1.5km3的地形圖測繪，其精度和效率是常規測量所無法比擬的。

3.3.4 在中線放樣的同時完成中樁抄平工作。

3.3.5 應用范圍廣—可以涵蓋公路測量(包括平、縱、橫)，施工放樣，監理，竣工測量，養護測量，GIS前端數據采集諸多方面。

3.3.6 如輔助相應的軟件，RTK可與全站儀聯合作業，充分發揮RTK與全站儀各自的優勢。

3.4 推廣建議

3.4.1 GPS靜態定位技術和動態定位技術相結合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制測量。

3.4.2 生產過程中采用常規方法和GPS技術相結合生產流程可以極大地提高生產效率。

3.4.3 隨著GPS技術特點是RTK技術的發展，各個廠家相繼推出了具有自主專利技術的儀器，其初始化時間越來越短，跟蹤能力也越來越強，精度越來越高，可靠性越來越強，有著良好的性價比，在勘察設計單位具有代替全站儀的趨勢，單位設備更新時應考慮這一因素。

3.4.4 GPS技術在公路測量中的應用，是公路測量的一項革命性的技術革新，它將對傳統的作業理念予以更新。

お4 、結語GPS在公路勘測中的應用，對高等級公路的勘測手段和作業方法產生了革命性的變革，極大地提高了勘測精度和勘測效率，特別是實時動態(RTK)定位技術將在公路勘測、施工和后期養護、管理方面有著廣闊的應用前景。

參考文獻：

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[2] 黃丁發，熊永良 全球定位系統(GPS)—— 理論與實踐[M]．成都：西南交通大學出版社，2006

[3]李征航 黃勁松 ，GPS測量與數據處理， 武漢 ，武漢大學出版社，2005

作者簡介：段林鎖（1967-02-01），男，陜西寶雞市，1994畢業于西安地質學院，地質礦產勘查專業，助理工程師 ，從事工程測量工作。