實時動態GPS在公路勘測中的應用研究

安治國，陳胤璇，陳金龍，張龍飛（解放軍61243部隊，甘肅　蘭州730020）

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實時動態GPS在公路勘測中的應用研究

安治國，陳胤璇，陳金龍，張龍飛
（解放軍61243部隊，甘肅蘭州730020）

摘要：介紹了GPS-RTK基本原理，闡述了其在公路測量中的優越性，通過實例分析了GPS-RTK技術在公路測量中的精度高、高效性等特點，展望了其巨大的應用前景。

關鍵詞：GPS-RTK；放樣；勘測

1　概述

全球定位系統以其高效、精度高、測量簡單而備受推崇，它是目前測量中應用最為廣泛的方法之一。隨著處理軟件的不斷革新，GPS在公路測量中也得到了廣泛的使用。傳統公路施工測量步驟及其存在一定的問題：施工單位進場后，對業主提供的控制點進行復測、加密，成果報監理部門批準后，施工單位才可對公路中樁和邊線放樣，在整個施工過程中，施工單位要不斷地對公路中樁和邊線復測檢核，防止欠量或超量，造成不必要的損失，每一施工階段結束后，要進行階段性竣工測量，接受業主的驗收。施工單位傳統上都習慣用全站儀、水準儀對整個施工過程進行監控，這是因為全站儀原理和技術普遍被測量人員熟知，且由于價格低廉而被廣泛應用在各類測繪當中。但由于在施工線上往往有很多樹林、水域、居民區，而業主提供的控制點又都是相隔3～5km的GPS點，彼此很少通視，這給用全站儀的用戶帶來很多煩惱，他們不得不多加密幾個支導線點，不厭其煩地搬站、架儀器、后視、指揮鏡站。同時也帶來了精度的損失。用全站儀放樣時，是山測站指揮鏡站到相應的樁號或斷面，速度極慢，距離遠時，還會帶來信息交流上的障礙，因此動態GPS尤其是GPS-RTK技術在公路測量尤其明顯的優勢。

2　GPS-RTK基本原理及其工作流程

2.1GPS-RTK的工作原理

GPS-RTK實時動態定位技術是以載波相位觀測為基礎的實時差分GPS測量技術。它的基本形式是一臺基準站和一臺或多臺流動站，以及用于數據傳輸的通訊電臺。在RTK作業模式下，基準站和流動站要保持同時跟蹤至少5顆GPS衛星，基準站不斷的對可見衛星進行觀測，并把帶有已知點位信息通過電臺發送給流動站，流動站將自己收到的衛星信號連同接收到的基準站的數據組成差分觀測值實時進行處理，解算出流動站的瞬時三位空間坐標。

2.2RTK作業模式的基本流程

RTK測量前首先要進行必要的坐標系匹配，取測區有代表性且能覆蓋測區的控制點，其總數應大于3個，且它們具有國家坐標系坐標或地方坐標系坐標，同時也具有同一GPS網下的WGS-84坐標，坐標系匹配的實質是求取局部坐標系統的轉換參數；測量的第二步是進行相應的測站參數設置，基準站和流動站根據相應的菜單提示分別進行必要的設置；測前準備的最后一步是進行必要的電臺設置。各項準備工作完成后，就可以進行正式的測量了。

3　利用GPS-RTK進行公路測量

3.1GPS用于首級控制

以某公路測量為例，設計線路經過地屬山地和平原地形，山地植被以松、杉樹和灌木為主，平地以農田為主，植被發育茂密，通視條件困難。村鎮居民地基本以集團式為主，地形地貌復雜，沿中心線附近有國道及縣鄉道路相通，交通基本方便。本次測繪主要任務對中樁、界樁放樣、權屬調查，作業依據《公路勘測規范》。根據地形條件與曲線要素確定中樁間距，不同中樁間距見表1。

此次測量通過聯測已知點，沿設計路線共布設了290個左右的GPS點作為此次測量的首級控制點，外業觀測采用靜態測量模式，圖形均采用邊聯式構網，基線邊的有效觀測時段不小于45min，圖形幾何強度因子PDOP＜6，衛星高度角大于15°，有效衛星觀測總數不小于5顆。觀測數據的基線解算在軟件Gpsurvey中進行處理，平差采用TGO差軟件進行網平差處理，測設的GPS點最小點位誤差± 1.2cm，滿足GPS網的精度要求。

表1　中樁間距(m)

在GPS網平差的基礎上，在測區內均勻的選擇了7個四等點，用這7個點的54北京坐標與WGS84坐標用軟件求出本區域WGS84與54北京坐標之間的七個轉換參數。并把這些轉換參數預存在GPS接收機的電子手簿內，用于軟件處理并實時輸出數據。

3.2GPS-RTK用于中線放樣

在控制測量完成后，利用軟件自帶的道路設計模塊根據技術要求對線路進行設計。軟件自身會根據技術要求計算出去曲線長度等線路信息，完成后將所有信息導到外業控制器，此時按照相應的要求進行必要的基準站、流動站及電臺的設置，設置完后可以進行正式的放樣工作了。放樣過程中控制器軟件會自動提示放樣的精度，當坐標偏移量在容許范圍內時，存儲測點的三維坐標。

3.3GPS RTK與全站儀放樣方法比較

放樣過程中為加快工作進度，在使用GPS RTK技術同時，又采用全站儀進行放樣及補樁，本次測量采用儀器標稱精度為測角±2″，測距±(3mm+ 2ppm)，根據原有1:2000帶狀地形圖沿設計線判斷需加樁地形統計坐標與設計里程逐樁坐標（或每隔5m）組成數據文件，通過通訊程序，編緝格式把放樣坐標、控制點成果傳送到全站儀(存儲卡滿足要求)，避免了手工輸入的粗差。外業放樣時兩個作業員組成一組，在原控制網基礎上進行放樣，受通視條件的限制，支站數受到限制，還需發展二級導線，才能滿足放樣的精度要求，見表2。

表2　RTK與全站放樣的比對表

RTK動態定位在公路勘測階段應用，放樣一個點位僅需2～4S，精度也可以達到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。

4　GPS-RTK測點的精度分析

4.1測量精度分析

在RTK進行測量中，很重要的一道工序是流動站必須在已知測量控制點上對動態測量精度進行檢核，以檢查轉換參數計算和參數設置是否正確。表3為10個控制點上的比對結果，從表3可以看出，檢測數據中，平面差值最大值0.013m，高程差值最大值為0.030m，動態測點平面位置中誤差為±0.009m，高程中誤差為±0.020m，精度比較高，能夠滿足工程本身的要求，圖1可更為直觀的反應測量精度，同時也反映了GPS測量時高程精度。

表3　控制點坐標較差比對表

圖1　三維坐標較差統計

4.2誤差源分析

影響RTK觀測值的精確性和可靠性的因素很多，主要包括：星歷誤差、衛星數、衛星圖形、大氣狀況、基線長度、數據鏈硬件條件及數據處理軟件等。不同的誤差源有不同的應對措施，測量時可根據具體情況采取相應的措施，如衛星圖形可根據軟件預報功能查看未來情況，以確定野外測量作業計劃。

5　結束語

GPS-RTK技術應用于公路勘測中，通過實際測量可以看到，它能夠實時定位，精度好、效率高，如果把RTK用于公路控制測量、鐵路線路控制測量、水利工程控制測量、大地測量、大比例尺地形圖測量，不僅可以大大減少人力強度、節省費用，而且大大提高工作效率。隨著通訊等技術的進一步發展，網絡RTK技術也隨之應運而生且技術越來越成熟，GPS RTK應用必將得到革命性的發展和應用。

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