GNSS技術在公路勘測設計與路線施工放樣中的應用研究

趙文嬌

（山西交通職業技術學院，太原 030619）

GNSS技術在公路勘測設計與路線施工放樣中的應用研究

趙文嬌

（山西交通職業技術學院，太原 030619）

GNSS全球導航衛星系統能為用戶提供高精度、全天時、全天候的定位、導航和授時服務，目前在工程中的應用越來越廣泛。論文首先介紹了GNSS技術的發展現狀及應用前景，然后介紹了GNSS技術的基本原理和測量方法，最后探討了GNSS技術在公路勘測設計與路線施工放樣中的應用研究。

GNSS;公路勘測設計;路線施工放樣

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.068

1 GNSS發展現狀及應用前景

“GNSS”是“GlobalNavigationSateLliteSystem”的縮寫，中文譯名為“全球導航衛星系統”，包含了美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、中國的Compass（北斗）、歐盟的Galileo系統，目前該系統可用衛星數目達到了100顆以上。作為新一代衛星導航與定位系統，它在一些領域的應用取得了較大的成效，特別是近年來各種衛星的逐步投入使用，軟硬件的開發，使得導航定位技術進入了全新時代。同時該技術具有定位精度較高，測站之間不需要通視、觀測速度快、全天候作業的特點，對測繪行業的影響很大。

最典型的是目前RTK技術在測量中的應用逐漸成熟，該技術是單基站載波相位差分GNSS測量，屬于差分技術的一種，即將GNSS與數傳技術相結合，實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法，經實時解算進行數據處理，在1-2s的時間里得到高精度位置信息的技術。自20世紀90年代初這項技術一經問世，就極大地拓展了GNSS的使用空間，使GNSS從只能做控制測量的局面中擺脫出來，開始廣泛運用于工程測量。直到今天，如果沒有網絡RTK的出現，RTK技術仍代表著高精度GNSS的最高水平。

GNSS誤差的空間相關性隨參考站和移動站距離的增加而逐漸失去線性，因此在較長距離下（一般雙頻大于30km），經過差分處理后的用戶數據仍含有誤差。而網絡RTK（networkRTK）是在一定區域內建立多基準站（一般為三個或三個以上），反解出基準站間的殘余誤差項，然后用戶根據自己的概略坐標內插出自己與基準站間的殘余誤差項（常規RTK將其視為零），進行實時厘米級精度的定位方式，又稱為多基準站RTK。隨著GNSS技術的飛速進步和應用普及，它在城市測量中的作用越來越重要。當前，利用多基準站網絡RTK技術建立的連續運行參考站系統（continuousoperationalreferencesystem，CORS） 已成為城市GNSS應用的熱點之一。

2 GNSS技術的基本原理和測量方法

2.1 GNSS基本原理

測量學中有測距交會確定點位的方法，衛星定位系統也是利用測距交會的原理確定點位的。

GNSS衛星發射測距信號和導航電文，導航電文中含有衛星的位置信息。用戶用GNSS接收機在某一時刻同時接收三顆以上的GNSS衛星信號，測量出測站點（接收機天線中心）P至三顆以上GNSS衛星的距離并解算出GNSS衛星的空間坐標，利用距離交會法解算出測站P的位置。

2.2 GNSS-RTK測量作業方法

由于技術人員接受專業處和總體組的雙重管理，尤其當專業處、專業之間存在利益沖突時，總體指令更難以得到有效執行，項目生產組織協調過多地依賴行政干預，工作效率低，管理成本高。這種矩陣管理模式對總體人選的素質提出了嚴格要求。

實時動態(RealTimeKinematic，RTK)定位技術，即單基準站載波相位DGNSS測量是一種將GNSS與數傳技術相結合，實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法，經實時解算進行數據處理，其在1~2s的時間里可得到高精度位置信息。

2.2.1 RTK工作原理

實時動態測量的基本原理是在基準站上安置一臺GNSS接收機，另在基準站上安置一臺GNSS接收機，對所有可見GNSS衛星進行連續地觀測，并將其觀測數據，通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。GNSS接收機在接收GNSS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標及其精度。

2.2.2 RTK作業方法

1）基準站設置

RTK系統基準站由基準站GNSS接收機及衛星接收天線、無線電數據鏈電臺及發射天線、直流電源等組成，如圖1所示。將基準站GNSS接收機安置在開闊的地方，架設腳架、安置基座和衛星天線，對中、整平，用天線高量尺在天線相隔120°的三個位置量取天線高，并記錄。將基準站GNSS接收機通過電纜與無線電數據鏈電臺連接、電臺與發射天線連接后，即可開機進行基準站設置，此時可通過電子手簿控制器來完成相應設置。基準站設置完成后可將電子手簿與基準站聯系斷開，進行流動站設置。

2）流動站設置

RTK系統流動站由流動站GNSS接收機及衛星接收天線、無線電數據鏈接收機及天線、電子手簿控制器等組成，如圖2所示。基準站設置完成后即可對流動站通過電子手簿控制器進行設置，設置完成后當手簿顯示屏出現固定解時就可以進行測量作業了。

圖1 RTK基準站

圖2 RTK流動站

RTK定位測量有兩種主要形式，即測量點和放樣點（包括點的放樣、直線的放樣和道路的放樣）。以上功能的實現由測量工作者通過對電子手簿控制器和流動站的操作來實現。

3 GNSS在公路勘測設計和路線施工放樣中的應用

3.1 工程控制測量

應用GNSS建立控制網，對于特大橋、隧道、互通式立交等進行控制，宜采用靜態GNSS測量。對于一般路線的控制，可采用實時GNSS動態測量（RTK）。

目前，國內已逐步采用GNSS技術布設各等級的路線帶狀平面控制網、橋梁及隧道平面控制網。很多高速公路在建設中先利用GNSS建立首級控制網，然后用常規方法布設導線加密。實踐證明，在幾十千米范圍內的點位誤差只有2cm左右，達到了常規方法難以實現的精度，同時可大大縮短工期。GNSS技術同樣應用于特大橋梁的控制測量中，由于無需通視，可構成較強的網形，提高點位精度，同時對檢測常規測量的支點也非常有效。實踐證明，采用GNSS對用常規方法建立的高精度邊角網進行檢測，GNSS檢測網達到了毫米級精度。

3.2 繪制大比例尺地形圖

高等級公路建設之前都必須利用中比例尺地形圖進行路線選線設計，路線選定后要由測量部門按所選路線走向測繪大比例尺地形圖，以便設計人員進行詳細設計。用傳統方法測圖，先要建立控制網，然后進行碎部測量，繪制成大比例尺地形圖。其工作量大，速度慢、花費時間長。采用GNSS技術以衛星作為共同基準，各點間無需通視，為點址的選擇提供了極大的方便，在進行路線勘測設計或進行測圖控制測量時，具有布網靈活，不受氣候條件限制，測量精度高，工作效率高和成本低等諸多優點。用實時動態測量（RTK），在沿線每個碎部點上僅需停留較短時間，即可獲得每點坐標，結合輸入的點特征編碼及屬性信息，構成碎部點的數據，在室內即可由繪圖軟件成圖。由于只需要采集碎部點的坐標并輸入其屬性信息，而且采集速度快，大大降低了測圖的難度，既省時又省力。

3.3 路線中線放樣

進行路線中線放樣，可應用實時動態測量（RTK）。目前，RTK中都配備有豐富的專業軟件可供選擇，例如專門為道路測量設計的軟件，它內置有道路設計程序，只需事先將路線交點的里程和坐標及曲線要素輸入，便可由程序自動生成道路中線。采用RTK測量系統在野外測設中線時，可按中樁里程逐一調出待放樣的中樁點坐標，根據移動臺RTK控制器屏幕顯示的導引，把需要放樣的點逐一測設到地面上，精度可達1cm。這樣可以一次性地完成全部中樁的測設，每放樣一個點只需幾分鐘，而且成果可靠。由于每個點的測量都是獨立完成的，不會產生累積誤差，各點放樣精度趨于一致。在中樁放樣的同時還可得到各中樁的地面高程，同時完成縱斷面的測量。事實證明，應用RTK測量可大大地提高中線測設的效率。

3.4 路線縱、橫斷面測量

路線中線確定后，可以利用測繪得到的帶狀數字地形圖，并根據中樁點坐標，通過繪圖軟件，繪出路線縱斷面和各樁點的橫斷面。由于不需要再到現場進行縱、橫斷面測量，從而大大減少了外業工作，即使需要到現場進行斷面測量，也可采用RTK快速完成。同時采集回的數據還可以進行土石方量計算。

4 結語

隨著GNSS技術的不斷發展及其在道路工程測量中的廣泛應用，道路工程測量的手段和作業方法產生了革命性的變革，衛星定位測量在道路勘測、施工放樣、工程監理、竣工測量等方面有著廣闊的應用前景。

【1】李仕東.GPS-RTK技術在高等級公路橫斷面測量中的應用[J].測繪工程，2013,14（1）：23-25.

【2】黃欣祥.GPS及其RTK技術在公路勘測中的應用探討[J].地礦測繪，2014,21（1）：27.

【3】石雪冬.GPS在高速公路測量中的應用[J].測繪通報.2012（11）：29.

【4】CH/T2009—2010.全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范[S].

Study of GNSS Application in Highway Design and Layout Survey

ZHAOWen-jiao
（ShanxiTrafficVocationalandTechnicalCollege,Taiyuan030619,China）

TheGNSS (global navigation satellite system) can provide userswith high precious,all day,all-weather positioning,navigation and timing services, which is usedmore andmorewidely in engineering currently.This paper first introduces the development status and application prospects ofGNSS technology, then introduces the basic principle and measurement method of GNSS technology, finally,the paper discusses the study on GNSS technique application in Highwaydesignandlayoutsurvey.

GNSS;highwaysurveyanddesign;layoutsurvey

P285

B

1007-9467（2016）07-0105-02

2016-5-30

趙文嬌（1982～），女，山西清徐人，助講，主要從事測繪工程、數字測圖、地籍測量、GNSS技術、數據處理的研究，（電子信箱）13834521643@163.com。