GPS—RTK技術在道路工程施工中的應用

耿君 韓維佳 孔慶震

摘要：GPS-RTK技術是道路工程施工測量的新標準，它測量效率高、沒有網絡限制，也不受通視影響，而且網絡分布方便，選點靈活，能夠最大程度的提高測量工作效率，同時也可以確保道理勘測、放線精確度。隨著GPS-RTK測量技術的不斷發展和完善，這對于道路工程勘測設計、施工過程來說是有著積極的推動作用。本文提出了GPS-RTK的基本原理，介紹了GPS-RTK技術在道路工程施工中的應用。

關鍵詞：道路工程；GPS-RTK技術；應用

當前的道路工程建設中，運用現代化測量技術是一個必要的手段，道路工程在進行施工時往往工期較緊，而且具體的工程內容較多，選擇道路線形可能較復雜，道路施工測量的工作非常繁瑣。考慮到道路測量具有測量線程長、精確度高、工期短的特點，利用GPS—RTK測量技術可以打破傳統測量方法的局限性，更好地適應現代化的要求，同時也給道路測繪領域的發展帶來了一場技術革命，具備的優勢不可低估。

一、GPS-RTK的基本原理

1.GPS—全球定位系統的基本原理是利用衛星上的無線電發射臺，形成衛星導航定位系統，根據無線電測距交會原理，在已知三顆以上衛星的空間位置的情況下，交會出地面位置點的位置。GPS 擁有實時性導航定時、定位功能，還具有連續性、全天候、全球性等特性，從而能夠更加精密地提供時間、三維坐標、速度。GPS-RTK技術（GPS - real time kinematic），即實時動態 GPS 測量技術，以載波相位測量為依據，并把載波相位測量和數據傳輸技術完美結合起來。這種實時差分 GPS 測量技術，是 GPS 測量技術發展中一個新的重要突破。

2.實時動態定位系統（RTK 測量技術），主要是由無線電數據傳輸鏈、一個基準站和若干個流動站等三大部分組成的，該測量技術的應用原理就是取一個點位精度相對較高的首級控制點當作基準點，在流動站上設置一臺接收機當作參考站，從而能夠對衛星連續性地作出監測，并將接收于基準站上的觀測數據，通過無線電傳輸設備根據相對定位的原理，在計算機上實時計算顯示出這些流動站的測量精度和三維坐標。

3.RTK 系統中的基準站，一般情況下會選擇一個擁有地勢較高、視野開闊等特性的已知控制點上進行設置，它的功能就是連續性地跟蹤觀測 GPS 衛星，并將基準站坐標、載波觀測數據及偽距觀測值等通過無線電數據傳輸鏈實時地發送給各個流動站。流動站上的接收機不僅可以采集 GPS 觀察數據，還能夠接收基準站傳來的數據，并且能夠實時處理在系統內組成的差分觀測值，最后就可以得出來自基準站和流動站的基線向量，如果用最后得出的基線向量再加上基準站的坐標就可以得到流動站所有點的坐標，再利用坐標轉換參數原理，可以計算出流動站的三維坐標，精度能夠達到厘米級。

二、GPS-RTK技術在道路工程施工中的應用

在使用全站儀、水準儀這些常規的地面測量儀器對道路工程施工進行測量時，會顯現出自動化程度低、現場測量成果不直觀、野外工作量大、作業人員和儀器設備多、測量誤差累積、工作效率低等一系列缺點及局限性，在比較復雜的作業區內，這些局限性更為明顯。相對于這些常規的地面測量儀器來說，GPS - RTK 技術擁有自動化程度高、所需控制點少、外業工作量小、精度好、快速、實時等方面的優勢，這些得天獨厚的優勢使得GPS-RTK測量技術能夠在道路工程施工測量中得到廣泛的應用。

1.繪制大比例尺地形圖。在進行道路工程選線時，一般都是選擇大比例尺帶狀地形圖，通常情況下是 1∶2000或 1∶1000。如果使用傳統方法測量地形圖，首先需要建立測圖控制網，接著采用碎部測量的方法，逐步繪制成系統的大比例尺地形圖，這種方法，不僅花費時間長、速度慢，還會導致相當大的工作量，浪費了人力、物力、財力。若采用GPS-RTK動態測量進行作業，在半徑 5 km 以內，在所測區域內相對較高精度的首級控制點為基準點設站，在流動站上的接收機輸入轉換參數，采集碎部點的數據；或者先進行碎步點的測量后，再進行聯測控制點的解算。因為只要采集碎部點的坐標和輸入其屬性信息即可，所以采集信息數據時，只需在每個碎部點上停留幾分鐘，就可以輕而易舉地獲得每個點的坐標，采集速度非常快，然后再用傳輸線連接，把數據下載到計算機，利用繪圖軟件畫成圖即可。當 GPS 信號嚴重受阻時，比如說測點在密林高山里且地勢低洼，那么可以將GPS-RTK測量技術與全站儀測量結合起來測繪局部地形圖。在實際應用時，就是將GPS-RTK技術測量設置必要的圖根點，再結合使用全站儀碎部測量。實踐證明，復雜條件下地形的測繪，是一個比較棘手的問題，GPS-RTK測量技術與常規地面測量技術的合理適當組合就成為解決此類問題的一條切實可行的途徑。

2.工程控制測量。在控制測量大于 100 km 相對較長的道路，或者道路中間設有大型的建筑物時，例如互通式立交、隧道、特大橋等，比較科學合理的方法就是采用靜態測量法。在一般道路工程的控制測量方面，比如對比較短的道路進行測量時，就可以直接使用GPS-RTK技術進行測量。這種方法在此方面的測量效率很高，當定位精度達到要求時，采集控制點數據的時間只需要幾秒鐘即可，這是因為點點之間只要有一個方向通視就可以了，不需要互相通視，因此，大幅度的提高了作業的效率。

3.道路中線測設。道路工程設計人員在給大比例尺的帶狀地形圖上完定線后，還需要在地面將公路中線標定出來。這就需要采用GPS-RTK技術進行測量，只要將中線樁點的坐標傳到 GPS 手簿中，系統就會自動定位出放樣的點。這樣的測量不會產生累積誤差，因為每個點都是獨立完成的測量過程，而且每個點的放樣精準度也都趨向于一致。

4.交通沿線山體滑坡位移監測。在監測交通道路沿線的山體滑坡位移時，一般都采用近景攝影測量法、應變計監測法、宏觀地質監測法以及大地精密測量法。但是其使用過程中，對那些難以用肉眼觀察到、細小的卻能夠引起山體滑坡的位移變化，還沒法實現準確的監測，精準度不太高，也會耗費相當大的人力、財力。山體滑坡發生前的位移偏移量很小，只有采用高精度的定位方法才能取得監測結果。常規的 GPS 監測方法無法實時計算，也就不能及時預警。GPS-RTK測量技術就可以解決這個相對棘手的問題，能夠實時進行動態監測，并且達到厘米級的精度數據，從而實現對山體滑坡的監測。

5.放樣測量。對于在道路施工過程中的坡度以及點、線、面等的放樣，GPS-RTK測量技術都有其可利用的豐富的軟件資源。在對道路施工過程的放樣測量時，只要在預設好的測量電子手簿中輸入必要的曲線要素，便可以自動生成需要的線路圖。偏移距和測點里程等數據會實時顯示在電子手簿上，這樣在整個放線過程中，就能夠輕而易舉的對線路放線工作進行指導。

GPS-RTK技術在道路工程施工測量中有精確度高，測量迅速，不受通視、網形的限制，布網方便，選點靈活等優勢，大幅度地提高了測量工作的效率，保證了道路勘測、放線精度，開辟了一條在道路工程施工測量中嶄新的、切實可行的技術途徑。金無足赤，這種新的科技產物也會存在一定的缺點，但是只要在施工測量過程中揚長避短，把其優點發揮到極致，再結合其他的測量工具和方法，就會擁有更廣闊的應用空間。

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