高速公路征地測量中GPS—RTK技術的運用

孫君

摘 要：目前，GPS技術發(fā)展迅速，其應用已經在各種測量領域中廣泛采用。在高速公路征地測量中應用GPS技術，使勘測精度和勘測效率得到了很大的提高，尤其是GPS-RTK技術的發(fā)展與進步，在常規(guī)的公路測量領域里越來越被廣泛應用。該文主要介紹了了GPS-RTK技術的工作原理、特點及其應用，對比分析了DPS-RTK技術在精準度，時效性審計方面的優(yōu)勢。

關鍵詞：高速公路 征地測量 GPS—RTK技術 運用

中圖分類號：U412 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0041-02

隨著經濟的發(fā)展，我國公路建設規(guī)模不斷擴大，因此需要占用大量的土地，做好征地工作是我國國土資源部門需要重視的一個問題。在高速公路大規(guī)模修建的新形勢下，傳統(tǒng)的征地測量方法也已經明顯不能適應現(xiàn)狀，在征地測量中應用GPS-RTK技術，可以使工作效率提高，減少不必要的糾紛，節(jié)約投資成本。

1 GPS-RTK技術的由來和發(fā)展

GPS的英文是Global Positioning System簡稱為全球定位系統(tǒng)。在測繪領域，GPS的運用相當廣泛，可以說是這一領域的革命性變革。目前，各種范圍的定位一般都將GPS作為首選的方式。隨著RTK技術不斷成熟，GPS已經滲透到高精度動態(tài)定位、分米至厘米放樣等領域。目前RTK的使用已經非常廣泛，它的性能也十分穩(wěn)定，但是其軟件方面需要加以改善。RTK（Real Time Kinematic）是一種組合系統(tǒng)，是集數(shù)字通訊技術、計算機技術、元線電技術、GPS測量定位技術為一體的。它是一種實時動態(tài)定位技術，是基于實時載波相位差分的。這是GPS征地測量技術發(fā)展中的一個新的突破。RTK定位精準度高，可以不間斷全天候的進行測量作業(yè)，誤差較小。而且操作簡單，只需要一個人進行系統(tǒng)的操作。測算出來的平面精度可以達到1 cm+1 ppm，高程精度可以達到2 cm+1 ppm，滿足了高速公路征地測量的精度要求。RTK可以細分為差分法和修正法。給流動站發(fā)送基準站的載波相位是修正法，收到的載波相位在流動站更改，流動站再進行坐標的求解，這也可以稱作準RTK；基準站收集到的載波相位，給流動站發(fā)送過去是差分法，再通過流動站進行坐標的求解運算，稱為真正的RTK。

2 GPS-RTK技術的特點

2.1 RTK設備組成

RTK系統(tǒng)通常由三部分組成；軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸設備、GPS接收設備。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由流動站的接收電臺與和基準站的發(fā)射電臺組成.這對實時動態(tài)測量是十分重要的。（見圖1）

2.2 GPS軟件作業(yè)環(huán)境

RTK要求在準確的時間及時提供移動站指定地點的三維坐標.相對應的投影計算和坐標轉換也要實時完成。將GPS所接收的WGS84坐標轉換成自己所需的工程坐標或者當?shù)刈鴺恕４诉^程都要在RTK手簿軟件中有效地完成。

2.3 GPS的測量方法

快速靜態(tài)技術是比較適合后處理測量的，動態(tài)及差分技術比較適合后處理測量或者實時測量。

2.3.1 實時動態(tài)的測量

到流動站和基站的相位實時的動態(tài)測量一般用五個或多個衛(wèi)星。測量前首先要進行初始化，才能得到準確的厘米級的測量精度結果。測量中，當衛(wèi)星數(shù)升至4顆或4顆以上的時候則需要重新進行初始化。

2.3.2 靜態(tài)測量

最高精度的測量需要用靜態(tài)測量，但根據(jù)邊長長短所需時間大約要30 min～1.5 h。靜態(tài)測量想要得到高精度的數(shù)據(jù)需要經過后處理才能得到。地殼變形的觀測、國家大地的測量、大壩變形的觀測等高精度測量主要應用于靜態(tài)作業(yè)的模式：快速靜態(tài)的測量作業(yè)效率較高，有著厘米級的精度，因此，被普遍應用于普通的工程測量中：RTK系統(tǒng)的整套設備在具有操作簡便性，輕量化、實時性可靠、厘米級的精度等優(yōu)點，可以較好地滿足放樣和數(shù)據(jù)工程采集的需求。

3 RTK測量的關鍵技術

確定周模糊度和傳輸差分數(shù)據(jù)是RTK測量技術的運用核心。

3.1 整周模糊度的求解

周模糊度有很多求解方法，可以通過測量過程中信號接收機的狀態(tài)情況進行劃分，可以分為動態(tài)法和靜態(tài)法。但是，如果運用這些方法將會耗費很多精力去求解，在實際生產生活中不能滿足需求，因此，運用卡爾曼濾波器對其模糊度進行動態(tài)的有效的求解，進而可以對模糊度的動態(tài)進行實時的求解。在實踐中我們可以得到，這種方法的特點為單易行、計算快速，計算量小，這是動態(tài)快速的求解周模糊度的最好的方式。

3.2 RTK技術的數(shù)據(jù)傳輸

空間波是RTK通訊的重要的傳播手段，因此我們采用的是UFK波，即散射波、折射波、直射波和多種合成波。直線傳播性和較強的穿透性是這類傳播方式的特點，但是，這容易受到障礙物、地形以及地球曲率的影響。當運用9600波特率傳送數(shù)據(jù)時，那么每組數(shù)據(jù)的發(fā)送的時間為0.8 s左右。所以，基準站在進行每秒傳送一次的RTK數(shù)據(jù)改正時，較為理想的傳送距離為：D=4.24（）數(shù)據(jù)鏈中覆蓋面的半徑為公式中的D，其單位為km；基準站的天線高度為h1，流動站的天線高度為h2，單位為m。公式中指處于較理想的狀態(tài)下，即覆蓋范圍處于沒有障礙的物遮擋和無電波的干擾的狀態(tài)下，這其實與實際的情況是有比較細微的出入的。為了快速提高RTK的數(shù)據(jù)通訊的能力，在進行RTK測量時在有效測量器中央的控制點上安排RTK基準站，調整基準站和移動站的天線架設的高度。另外，還需要對基準站與移動站之間的距離進行縮短，這樣可以使增強天線和接收機的靈敏性得到提高，使其可以達到“電磁波同視”的效果。如果在觀測過程中受到地形的影響，在一定程度上可以增設中繼站。

4 GPS-RTK技術在公路征地測量中的應用

公路的征地測量通常處于勘測設計和施工放樣的階段，其特點為線路較長，測量難度加大、地形較復雜。運用RTK技術，可以使公路測量工作的勞動強度得到減輕，使測量工作的靈活性加強，為公路測量工作帶來極大的便利。

（1）大比例尺繪制地形圖。通常公路選線是在大比例尺的帶狀地形圖上進行的，比例通常為1∶1000或者1∶2000。假如運用以往傳統(tǒng)的方法進行測圖，則需要進行碎步測量和經過建立控制點才可以對地形圖進行準確的繪制，在這過程將會出現(xiàn)繪圖難度大、時間過長、速度慢和效率低下的問題，然而這些缺點GPS-RTK技術可以克服，只需要收集三維坐標數(shù)據(jù)和碎部點的輸入屬性的信息，用繪圖軟件繪制成圖，這樣便可以節(jié)省公路測圖的時間，測圖中遇到的困難也會克服。（見表1）

（2）計算道路的縱橫斷面放樣。在對縱橫斷面進行放樣的過程中，在電子手薄中填入放樣數(shù)據(jù)，并且建立一個施工文件來預放樣點，以供在現(xiàn)場勘測中使用。在進行橫斷面放樣時，第一步就要確定好橫斷面的施工作業(yè)的形式，在電子手簿將里填入橫斷面設計的高、路肩寬度和邊坡坡度，建立并儲存一個預放樣的施工文件，到現(xiàn)場進行不定時地測量放樣。運用繪圖軟件，可以將縱斷面與各個點圖繪制出來。不需要到實地現(xiàn)場其進行測量采集地形圖數(shù)據(jù)，大大減少了戶外公路征地測量工作的時間，提高了工作效率。

（3）道路中線放樣。道路設計工作者在地形圖上對公路實行定線之后，把標準的公路中線在地面標定出來。在使用RKT技術測量的過程中，將相關的中樁點坐標錄入在RTK電子手薄中，這樣放樣點的坐標點位就會在系統(tǒng)軟件中自動顯示。構成高速公路的最主要的路線為圓曲線、緩和曲線和直線，在放樣時，在RTK電子手簿中輸入直線段與緩和曲線的距離、起點與終點的方位角、圓曲線的半徑、各主控的樁號、緩和曲線與直線段的距離，就能夠進行精確的放樣，并且均由RTK電子手薄獨立的完成運算。

5 結語

GPS-RTK技術的主要特點為速度快、效率好、精準度高和操作十分強，在公路征地測量工作中應用GPS-RTK技術，順應了時代技術發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)的征地測量方式已經被GPS-RTK技術逐漸取代，在很大程度上減少公路測量工作的時間和物力的耗費。所以，GPS-RTK技術在道路勘測和施工放樣工作中有著非常重要的應用意義，在日后的道路養(yǎng)護和管理工作方面發(fā)展前景也十分廣闊。

參考文獻

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