淺談GPS—RTK測量技術在公路工程中的運用

賈勇杰++裘松立

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.068

摘 要：GPS-RTK測量技術在公路工程中應用具有很大的優勢，其具有精度高、效率高、測量便捷等優點。通過高速公路項目建設測量中的應用實例，介紹GPS-RTK測量過程和注意事項，供應用參考。

關鍵詞：GPS-RTK 公路工程 實時動態測量 存在問題 措施

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（a）-0068-03

隨著科學技術的不斷發展，公路工程測量技術從經緯儀測量技術→全站儀測量技術→GPS→GPS-RTK發展。實時動態測量（GPS-RTK）技術是GPS測量技術與數據傳輸技術的結合，是建立在載波相位觀測值基礎上的實時動態定位技術，是GPS測量技術的一個新的突破。該文介紹GPS-RTK測量技術在浙江省寧海縣某高速公路項目建設測量中的應用，該方法具有測量精度高、速度快、效益好等優點，能快速完成公路測區高精度控制，為控制網靜態測量及線位、橋位等動態測量提供可靠的數據。

1 GPS測量系統的選擇

在項目前期就開始策劃GPS測量系統的建設，項目部對多種GPS設備進行比較，以精度高、實用性強為原則，根據項目線路長、結構多、工程復雜的特點，選擇3臺GPS接收機+2個Hi-RTK手簿，組成1+2通訊模式。Hi-RTK軟件是一款基于道路施工測量的多功能手簿軟件，集實際工程經驗和GPS作業優勢于一體，具有中英文界面實時切換功能、內置各國常用橢球參數、轉換基準、投影方式多（包括了高斯投影、UTM投影、蘭勃托投影、墨卡托投影等世界常用）、基準轉換方面（提供三參數轉換、平面四參數轉換、七參數轉換、一步法、點校驗等多種實用轉換方法，支持Trimble和泰雷茲格式）和高程擬合方面（提供支持天寶、泰雷茲的格網、高程異常改正）。

2 GPS測量技術的應用

2.1 平面控制網GPS靜態測量

平面控制網靜態測量是利用3臺GPS接收機對控制點進行定位測量，在平面控制網靜態測量中利用GPS天線在靜止狀態下對衛星信號的連續跟蹤觀測進行定位，通過接收到的衛星數據的變化來解算基線，利用已知點坐標算出其余加密控制點坐標。

項目部根據設計提供的控制點，按照施工現場測量放樣的需求對控制點進行加密，加密控制點布點沿路線一左一右交叉布置，位置應該選擇在視野開闊、基礎穩定的地方。

平面控制網復測的等級根據工程項目中的結構物等級來確定，如橋梁、隧道的等級。確定好GPS網等級后對GPS接收機工作模式進行設置，模式為靜態模式。平面控制網分內業和外業進行。

GPS靜態測量內業如下。

（1）內業準備。根據所有的控制點在CAD中畫出三角網示意圖（圖1），并標上點名，相鄰兩個三角網的公共邊保持儀器相同。

（2）數據下載。整個平面控制網結束后進行U盤式數據下載，利用數據線連接電腦USB接口對數據GNSS文件直接下載。

（3）數據處理（圖2）。運行HG0數據處理軟件，新建項目并設置控制網等級和坐標系統；導入數據，修改每個觀測文件的天線高等基本數據；處理全部基線，刪除和屏蔽不好的衛星或部分觀測數據；檢查重復基線、基線閉合差、同步環是否合格；設置平差參數、已知點坐標和高程進行平差；導出成果報告。

在數據處理前，需要對控制網設置坐標系統，設置內容包括橢球、投影等內容，在設置時尤其是中央經線，一定要設置正確，否則將影響平差。

這個殘差圖顯示，G31衛星的質量不太穩定，刪除部分數據。

外業靜態測量如下。

第一步：根據三角網示意圖對應的儀器型號在控制點上架設儀器，對點器嚴格對中、整平。根據繪制的局部平面控制網的三角網圖，靜態測量控制點對應的儀器如表1所示。第二步：利用卷尺量取儀器高3次，儀器高為控制點到儀器設定的刻度線距離，各次間差值不超過3 mm，取平均數作為最后的儀器高。第三步：3臺GPS架設完成后同時開機，并分別記錄點名、儀器型號、儀器高、開始觀測時間。第四步：GPS接收數據狀態，多臺接收機同時開機進行衛星數據記錄工作，每個測站進行1～1.5 h，在這個過程中，測量人員需要定時對儀器狀態、氣泡等進行檢查。第五步：一站觀測完成后同時關機，并記錄關機時間。第六步：觀測完成后，對記錄的數據進行檢查，保證數據的完整性。

2.2 GPS-RTK測量系統1+2通訊模式

隨著GPS-RTK測量技術的不斷發展，其功能也越來越強大，備受廣大測繪人員的青睞，1+2通訊模式，即1臺基準站+2臺移動臺，利用同一臺基準站發射信號，2臺移動臺可同時進行野外測量工作，可為前期繁重的測量任務減少壓力和測量時間。利用GPRS-3G功能開通中國移動GPRS業務，直接采用手機卡插在GPS接收機上使用，與電臺相比，3G網絡數據傳輸有更優的網絡體驗。Hi-RTK手簿利用藍牙與GPS接收機進行網絡連接，輕松實現無視遠程操作的iRTK主機。

由于在公路工程中線路長的特點，為提高參數計算結構的準確性，在測取控制點坐標時，可以選擇起點2個控制點、終點2個控制點、線路中間若干個控制點進行參數計算。

在設置基準站時，場地選擇在項目部內開闊地選取一個點作為永久的基準站點進行設置。然后進行參數轉換計算，具體步驟如下。

第一步：選取基準站站點，用混凝土埋設十字測釘。第二步：設置儀器工作模式，GPS儀器1882設置為基準站模式，架設儀器，對中整平。第三步：手簿連接基準站，設置坐標系統、中央子午線、網絡、服務器等參數，設置好后退出。第四步：手簿連接移動臺1961，設置坐標系統、中央子午線、網絡、服務器等參數。參數與上一步相同。第五步：移動臺野外測取控制點坐標（原點），該次參數計算利用6個控制點，分別為A109、A12、J2、A28、A45、HTM2。測取的坐標保存至記錄點庫。第六步：進行參數計算，將測量的控制點坐標（原點）與目標控制點坐標（目標點）一一對應，然后進行參數計算，查看復核計算結果，將計算結果保存。具體參數計算如表2所示。第七步：現場放樣測試，對A15控制點進行放樣，在手簿中輸入控制點A21的坐標，放樣結果準確。endprint

根據以上步驟設計儀器1853移動臺，GPS-RTK測量系統1+2模式設置完成（圖3）。

參數計算完成后，便可以在施工中進行測量放樣。

施工放樣中，只需選擇測量程序中的點放樣，輸入放樣坐標X、Y便可，根據手簿中顯示的方向和距離移動至點位。

如圖4手簿中所示，放樣點Pt15需要向南移動20.993 3 m，向西移動30.581 8 m，直觀簡單的導航式指導放樣。

現場在對某橋左幅Z22-0#樁基護筒定位放樣中采用GPS-RTK測量技術，具體放樣步驟如下：第一步：在項目部中加好基準站，手簿連接基準站1882和移動臺1961。第二步：控制網點校驗，對控制點A14進行點校驗，確保放樣結果準確無誤。第三步：在手簿中選擇程序測量-點放樣，輸入樁基Z22-0#的中心坐標，X=3 238 852.070，Y=522 388.254，點擊確定。第四步：根據手簿中顯示屏左下方的放樣指示顯示向南12.854 3、向西5.112 4。將移動臺向南、向西大致移動到放樣點位置后顯示向南0.214 5、向西0.5214。第五步：精確定位，根據手簿中顯示屏左下方的放樣指示顯示向南0.214 5、向西0.521 4移動后，利用固定架將移動臺氣泡嚴格居中，再根據放樣指示進行微移動，最后放樣指示為向南0.003、向東0.002。該偏差滿足設計規范要求。

該次放樣任務完成。

3 GPS-RTK測量技術在公路工程運用中的優點

3.1 GPS靜態測量優點

（1）精度高：四等GPS網靜態測量精度可達到0.000 1級。（2）效率高：多臺GPS接收機同時觀測，觀測時間40分鐘～2小時不等，只需要整平對中和量取天線高度，GPS接收機自動化工作。（3）不受視線影響：不要求測站之間通視，因此在選擇加密控制點時布點比較靈活，能保證控制點三角網的圖形。（4）全天持續工作：24小時都能接收衛星數據，受天氣影響較小。

3.2 GPS-RTK測量技術優點

（1）支持線路的平斷面、縱斷面、橫斷面、可視化橫斷面采集，大大提高了線路原地面測量效率高和準確性。（2）線路放樣點實時計算，可以按任意里程加樁，并顯示放樣點里程。（3）直觀快捷的放樣指導方式，按東南西北方向指導，對中桿上設置指南針，坐標放樣和高程放樣可以同時進行。（4）方便地設置線路平曲線，也可自由地定義出任意形態的線路，例如匝道。（5）儀器簡單，攜帶方便，在固定點設置好基準站后，外業測量只需一人攜帶一個移動臺便可。（6）數據傳輸便捷，對臨時性的坐標可以利用電腦Excel表格直接導入手簿后進行施工放樣。

4 GPS-RTK測量技術存在的問題和建議措施

4.1 存在問題

（1）衛星信號受豎向障礙物影響，例如在橋下、樹木下測量對GPS信號的質量干擾較大，測量的結果誤差較大。因此在外業進行測量工作時，要求測站上空應盡可能的開闊，在15°高度角以上不能有成片的障礙物。（2）在測站周圍約200 m的范圍內不能有強電磁波干擾，如電視塔、微波站等。

4.2 建議措施

（1）控制點點位選擇在視線空曠，無遮擋物，遠離高建筑物、高壓線、樹林等，避免對信號的干擾。（2）放樣時升高立桿，使移動臺升至最高高度，觀察手簿上顯示的衛星數量和固定解狀態，當衛星數量達到最高值和固定解狀態時進行放樣，減小誤差。

5 結語

GPS-RTK測量技術在公路工程中應用有著很大的優勢，其具有精度高、效率高、測量便捷等優點。如果GPS-RTK和一般的路線CAD程序共同應用，將真正實現內外業數據共享，從而使勘察設計工作更為快速、高效，使公路路線優化設計的方法大為簡化。特別是在當前高等級公路逐漸向山嶺重丘區發展的情況下，往往由于這些地區地形條件的限制，常規測量的困難較大，且精度低， GPS-RTK測量是一種有效的手段，具有更大的優勢。

參考文獻

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