GPS RTK的發(fā)展及其在公路測量中的應(yīng)用

摘要：全球定位GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有著連續(xù)性、全球性、實(shí)時性的特征，能夠?yàn)橛脩籼峁┚_的定位坐標(biāo)，GPS測量有著高效率與高精度的特征，已經(jīng)在控制測量領(lǐng)域之中得到了一定的應(yīng)用，在數(shù)據(jù)處理技術(shù)與GPS接收機(jī)性能的發(fā)展之下，其應(yīng)用領(lǐng)域也得到了不斷的擴(kuò)展，目前，GPS RTK已經(jīng)能夠在公路測量中完成多種測量工作，本文主要分析GPS RTK技術(shù)的原理、發(fā)展及其在公路測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS RTK 發(fā)展 公路測量 應(yīng)用

全球定位GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有著連續(xù)性、全球性、實(shí)時性的特征，能夠?yàn)橛脩籼峁┚_的定位坐標(biāo)，目前，已經(jīng)成為常規(guī)測量中地位測量的主要方式。在國民經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，我國的公路建設(shè)事業(yè)進(jìn)行地如火如荼，取得了良好的成就，而公路建設(shè)對于勘測設(shè)計(jì)也提出了更高的要求，為了適應(yīng)公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，就需要建立一種集齊勘測、設(shè)計(jì)、施工與管理于一體的數(shù)據(jù)鏈。就現(xiàn)階段來看，在公路勘測事業(yè)中，全站儀等先進(jìn)儀器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于天氣等因素的限制，該種測量方式并不理想。而使用GPS靜態(tài)法建立沿線總體控制策略，就能夠很好地解決常規(guī)測量法中存在的種種問題，實(shí)質(zhì)上，公路測量技術(shù)的潛力主要蘊(yùn)含于RTK技術(shù)，下面就針對GPS RTK的發(fā)展及其在公路測量中的應(yīng)用進(jìn)行深入的分析。

1 GPS RTK技術(shù)的原理分析

RTK定位技術(shù)是由載波相位觀測值為依據(jù)的實(shí)時差分GPS技術(shù)，整個系統(tǒng)主要包括流動站與基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站安裝于已知點(diǎn)中，能夠?qū)PS衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)連續(xù)的觀測，并將采集數(shù)據(jù)發(fā)射出去，而流動站在觀測的同時能夠接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信號，再使用OTF技術(shù)求解出整周模糊度，并分析出流動站位置。這樣，用戶就能夠根據(jù)監(jiān)測點(diǎn)基線結(jié)算結(jié)果與數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量確定好觀測時間，工作效率即可得到有效的提升。

2 GPS RTK技術(shù)特點(diǎn)分析

2.1 GPS RTK作業(yè)需要滿足的硬件條件

GPS RTK作業(yè)的硬件配置需要包括電源設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈以及能夠用于RTK的GPS接收機(jī)。

2.2 GPS RTK作業(yè)需要滿足的軟件條件

GPS RTK需要實(shí)時提供出三維定位成果，還需要完成投影計(jì)算以及坐標(biāo)變換工作，要滿足以上的需求，必須有相應(yīng)軟件系統(tǒng)的支持，與此同時，該種軟件也應(yīng)該支持原有的作業(yè)模式，此外，這一軟件還應(yīng)該具備開放性，能夠滿足用戶的升級需求與數(shù)據(jù)共享。

2.3 調(diào)制解調(diào)器

地面測量的過程中，其通訊工作會受到地形、天氣、地物等因素的影響，要滿足測量需求，就需要應(yīng)用信號轉(zhuǎn)播技術(shù)，將數(shù)據(jù)通信設(shè)備合并成為網(wǎng)絡(luò)，因此，調(diào)制解調(diào)器也是 GPS RTK作業(yè)工作時不可或缺的組成部分。

2.4 GPS RTK技術(shù)的數(shù)據(jù)處理方式

2.4.1 整周未知數(shù)搜索技術(shù)

RTK數(shù)據(jù)處理需要在實(shí)時狀態(tài)的控制器之中進(jìn)行，其處理原理就是最小二乘原理序貫遞進(jìn)法，使用該種方法能夠精確地得出歷史觀測值，其工作的關(guān)鍵就是觀測初始整周未知數(shù)，一般情況下，常用的搜索方式包括整周未知數(shù)快速逼近法，模糊度函數(shù)法與消去法，考慮到整周未知數(shù)快速逼近法能夠自動追加觀測值來驗(yàn)證檢驗(yàn)的可靠性，因此，其應(yīng)用范圍也更加地廣泛。

2.4.2 坐標(biāo)變換法

在確定好整周未知數(shù)之后，系統(tǒng)就能夠根據(jù)觀測方程給出基線向量的解，再利用坐標(biāo)變換法就可以求得所需數(shù)值。

3 GPS RTK在公路測量工作中的應(yīng)用分析

GPS測量有著高效率與高精度的特征，已經(jīng)在控制測量領(lǐng)域之中得到了一定的應(yīng)用，在數(shù)據(jù)處理技術(shù)與GPS接收機(jī)性能的發(fā)展之下，其應(yīng)用領(lǐng)域也得到了不斷的擴(kuò)展，目前，GPS RTK已經(jīng)能夠在公路測量中完成多種測量工作，其應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 利用GPS RTK繪制大比例尺地形圖

目前，我國的高等級公路選線多在大比例尺帶狀地形圖中進(jìn)行，如果使用傳統(tǒng)的測量方式，就需要先建立好控制網(wǎng)，再進(jìn)行測量，測量完成后，將數(shù)據(jù)匯總制作成為大比例尺地形圖，這種測量方式不僅會消耗大量的人力、物力與財(cái)力，花費(fèi)的時間也較長。而利用GPS RTK進(jìn)行測量，只要在沿線碎部點(diǎn)中停留很短的時間就能夠獲取到每個點(diǎn)的坐標(biāo)，通過對坐標(biāo)點(diǎn)屬性信息與特征編碼的分析就可以獲取到數(shù)據(jù)，最后，只要利于繪圖軟件即可繪制出精度理想的大比例尺地形圖。與傳統(tǒng)的測量方式，該種方式能夠有效提升采集速度與繪制精度，節(jié)約大量的人力、物力與財(cái)力，因此，已經(jīng)在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。

3.2 GPS RTK在工程控制測量中的應(yīng)用

工程測量方式包括動態(tài)測量與靜態(tài)測量兩種方式，一般情況下，隧道、特大橋、互通式立交的測量應(yīng)該使用靜態(tài)測量，而一般公路工程的測量則可以使用GPS RTK動態(tài)測量，采用該種測量方式能夠有效提升測量的準(zhǔn)確度，只要達(dá)到要求點(diǎn)，就能夠停止觀測，點(diǎn)與點(diǎn)也不需要進(jìn)行通試，因此，測量效率可以得到大幅的提升。

3.3 GPS RTK在公路中線測設(shè)中的應(yīng)用

在大比例尺帶狀地形圖定線完成后，就需要標(biāo)出公路中線，應(yīng)用GPS RTK技術(shù)，只要在中線樁點(diǎn)坐標(biāo)輸入系統(tǒng)中就會顯示出放樣點(diǎn)位，在這一過程中，每一個點(diǎn)的測量都具有獨(dú)立性的特征，這便可以減小誤差的發(fā)生。

3.4 GPS RTK在公路縱斷面與橫斷面測量中的應(yīng)用

在確定好中線之后，利用樁點(diǎn)坐標(biāo)與繪圖軟件就能夠繪制出各個樁點(diǎn)與路線縱斷面橫斷面，由于所有數(shù)據(jù)均是實(shí)時采集而來，因此，不需要進(jìn)行二次測量即可完成。如果要進(jìn)行現(xiàn)場測量，也可以利用GPS RTK技術(shù)，與傳統(tǒng)測量方法相比而言，GPS RTK測量方式在實(shí)用性、精度與經(jīng)濟(jì)性方面均十分理想。

3.5 GPS RTK在施工測量中的應(yīng)用

GPS RTK系統(tǒng)中不僅有理想的硬件，也有豐富的軟件，將其應(yīng)用在施工測量中能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)、測設(shè)、施工的一體化。幾乎所有的道路設(shè)計(jì)軟件都能夠計(jì)算出工程的幾何點(diǎn)坐標(biāo)，并定義好相應(yīng)的高程基準(zhǔn)值與平面基準(zhǔn)值，這些信息均可以儲存于記憶卡中。在野外測量時，只要根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)即可完成樁位的標(biāo)定與測設(shè)，此外，在施工過程中，利用GPS RTK也能夠方便地測量出點(diǎn)、線、面與坡度值，精度十分理想。

3.6 GPS RTK在機(jī)械化施工作業(yè)指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用

近年來，在微電子技術(shù)的發(fā)展之下，GPS RTK接收機(jī)的性能也得到了迅速的發(fā)展，新型GPS RTK接收機(jī)也發(fā)展成熟，這種接收機(jī)定位時間延遲在0.03s之內(nèi)，將其作為參考站就可以滿足用戶的不同需求，也能夠?yàn)橛脩籼峁┒囗?xiàng)、多路信息服務(wù)。將其作為流動站，不需要進(jìn)行人工干預(yù)就能夠?qū)φ芪粗獢?shù)進(jìn)行解算，解算時間不會超過1min。如果技術(shù)發(fā)展成熟，在未來階段下，只要在施工機(jī)械中安裝定位系統(tǒng)，在輸入設(shè)計(jì)資料后，GPS RTK就能夠引導(dǎo)機(jī)械進(jìn)行施工，中間的輔助工作均可省略。

4 結(jié)語

總而言之，將GPS作業(yè)模式與RTK技術(shù)相結(jié)合能夠有效提升工作效率與工作可靠性，將GPS RTK技術(shù)應(yīng)用在公路測量工作中不僅能夠有效提升測量精度與施工速度，也令公路全自動施工變成可能。目前，GPS RTK已經(jīng)在公路測量中得到了一定范圍的應(yīng)用，取得了良好的成果，也有著十分廣闊的應(yīng)用前景，相信在不久的將來，GPS RTK定可以在公路測量中得到更加深入的應(yīng)用。

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