GPSRTK高速公路中樁放樣中的使用

20世紀80年代以來，我國高速公路得到了迅速發展，高速公路的建設也達到一個空前快速的階段，這就要求工程建設部門能夠快速的完成建設。在高速公路建設中測量放樣工作是一切設計和建設工作的前提，如何快速的測量高速公路建設所需的測量數據事關整個工程的進度，而高速公路中線定測是整個測量工作的重點，傳統的全站儀測量方式速度慢，且在高山樹林地區測量開展困難。GPS-RTK技術是20世紀90年代中期發展起來的一種載波相位動態實時差分技術， 它能夠為固定或移動平臺提供指定坐標系中的三維坐標信息， 并能達到厘米級精度。由于RTK技術能夠提供高精度的實時定位， 速度快、精度高。因此， RTK技術在高速公路中線定測中得到了廣泛的應用。

1.GPS RTK原理

RTK 是實時動態測量（Real Time Kinematic）的縮寫。GPS RTK系統是由一個基準站、通訊系統和若干個流動站3 大部分組成。其中， 基準站包括GPS 接收機具有（接收空間中的衛星信號，并且能夠將其觀測值和測站坐標信息實時傳送給流動站或電臺）、GPS 天線、無線電通訊發射設備、電源、基準站控制器（可進行基準站的相關參數設置）等設備。流動站包括GPS天線、GPS 接收機（具有接收衛星信號，并且能夠接收基準站傳輸的實時信息，最終解算出所需的三圍坐標信息）、無線電通訊接收設備、電源、流動站控制器（可進行流動站的相關參數設置）。詳見圖1 所示：

圖1 RTK技術原理圖

在進行測量時， 基準站將接收到的全部衛星信息（包括偽距和載波相位觀測值等）及基準站信息（基準站坐標、天線高等）一起由信號中轉通訊系統傳送給各個流動站。流動站完成參數設置并初始化后， 通過數據鏈同步接收來自基準站發射的全部數據信息， 同時自身也采集GPS 衛星觀測數據， 并在系統內進行差分計算，對觀測值進行實時處理， 再經過一系列的坐標轉換和投影改正， 即可實時計算并得到流動站站點的三維坐標并顯示和記錄。

2.GPSRTK 在公路定線測量工程中的應用

2.1應用

2014年9月-10月實施了江西省某高速公路k0～k35的中樁放樣工作，工作地區全部在中高丘陵地區，中丘圍繞低丘周緣分布，溝谷寬淺，形成丘間谷地和溪谷階地，海拔200～300米，相對高度50～100米。高丘緊靠四周山地，呈零星分布，多屬深溝坑谷，海拔300～500米，相對高度100 ～200米。植被茂盛，大多是叢林和蕨類植物，還有零星的高大樹林地區。因此測區作業難度極大，傳統的測量方式很難在這樣的地區順利開展工作。

本次選用中海達的IRTK儀器，參數為：

1）單基線<30Km

2）RTK定位精度：水平：±8mm+1ppm RMS

垂直：±15mm+1ppm RMS

3）初始化時間：典型<10s

4）初始化可靠性：>99.99%

測區已經布設好了5個GPS C級和120個D級點，可以作為控制點，通過5個GPSC級點和若干個GPSD級點求出坐標的轉換參數將WGS84坐標轉換為本地坐標。然后在就近的已知點驗證是否儀器工作正常，是否正確得到正確的三維坐標，如果儀器工作正常，即可導入道路曲率參數，設置中樁間隔（一般為15米或20米），即可進行放樣，在地形變坡點、橋梁建筑的起終點、曲線要素點、河流邊界點等重要地物和重要信息點要增加放樣點。在樹林或其他無GPS信號地區需要全站儀配合放樣，用GPSRTK在有信號的地區測量兩個點作為已知點，然后用全站儀采用極坐標方進行放樣。

2.2GPS RTK和常規方法相比較的優勢

GPS RTK與常規全站儀方法相比較有巨大的優勢，對比見表1：

從表1中可以看出，傳統的全站儀中樁放樣需要的人員多、速度慢、精度不均等和作業環境要求苛刻。而GPSRTK在高速公路放樣中樁時人員少，且負重輕，速度快，精度高且均勻，對環境要求較低。

3.精度分析

3.1精度對比

為了驗證本次項目的放樣精度，進行了兩次驗證，第一種是隨機選取其中的50個GPSD及點進行測量，進行精度對比，對比結果見表2所示：

通過表1的數據對比可以看出，用RTK進行測量平面精度合格率達到100%，高程精度合格率達到了96%，因此本次測量精度滿足本次項目的技術要求。

第二種驗證是隨機選取其中的200放樣點進行二次放樣，然后對比兩次放樣的位置誤差，對比分析結果見表3所示：

通過表3可以看出重復放樣符合項目精度要求的點位比例達到了98.5%，說明放樣結果完全符合本項目的技術要求。

3.2誤差分析

GPSRTK測量誤差主要包括大氣折射誤差和多路徑效應。這兩種誤差對GPSRTK測量精度影響是最大的。其中多路徑誤差是GPSRTK對測量精度影響最嚴重的誤差。多路徑誤差主要取決于GPS接收機天線周圍的環境，若天線周圍有高大建筑物或大面積水面時，將對電磁波有強反射作用。通常情況下，多路徑誤差為 1～5cm，高反射環境下可達 10cm以上，這對RTK測量將產生嚴重影響。為了盡可能消誤差影響，在實際作業中，可采用雙頻觀測，衛星高度角設置15°左右，不宜太小。在樹林、河邊、高樓附近等地點測設時，適當延長觀測時間也能消除多路徑效應。

GPSRTK測量時需要把WGS84地心坐標轉換成地方坐標系坐標。在求解坐標轉換參數時所使用的基準點的精度、密度及分布狀況等，都會對坐標轉換參數的求解質量有著直接影響。因此，所選定的基準點要求精度要高，并且應均勻分布在測區周圍。

4.結論

GPSRTK技術發展已經非常成熟，在高速公路放樣中應用也日益增多，相比傳統放樣方法有很大的優勢。GPSRTK放樣方式極大提高了放樣測量的工作效率， 降低了測量成本，精度高且均勻，在高速公路放樣測量中有很大的應用前景。

（作者單位：（1.新疆航天經緯測繪技術有限公司；2.新疆工程學院 采礦工程系）