GPS和RTK技術(shù)在市政施工中的應(yīng)用

張劍峰

摘 要：隨著現(xiàn)代測量技術(shù)的快速發(fā)展，GPS技術(shù)應(yīng)用的范圍越來越廣，發(fā)揮的作用也越來越重要。市政施工受制于施工區(qū)域小、測量范圍廣，地形復(fù)雜，信息數(shù)據(jù)處理較多等因素影響，采用傳統(tǒng)的測量方式工作量大，數(shù)據(jù)處理難度較大。通過將GPS技術(shù)與RTK技術(shù)綜合運(yùn)用，可以有效提高市政工程的施工效率。本文就GPS-RTK技術(shù)在市政施工中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以為實(shí)際工作提供參考。

關(guān)鍵詞：GPS RTK 市政施工

近年來，隨著國家對市政工程施工的要求和標(biāo)準(zhǔn)越來越高，市政工程在施工過程中對測量的精確度有了新的要求。因此，應(yīng)用新的工程測量技術(shù)成為提高市政工程施工質(zhì)量的重要保證。考慮到市政工程測量的特點(diǎn)，利用GPS-RTK測量技術(shù)可以打破傳統(tǒng)測量方法的局限性，更好地適應(yīng)現(xiàn)代化的要求，同時也給道路測繪領(lǐng)域的發(fā)展帶來了一場技術(shù)革命，具備的優(yōu)勢不可低估。

一、GPS-RTK技術(shù)基本原理

1.GPS技術(shù)

全球定位系統(tǒng)（GPS）的基本原理是根據(jù)無線電測距交匯原理，通過利用衛(wèi)星上的無線電發(fā)射裝置發(fā)射的定位信號，確定測量點(diǎn)的位置。GPS 擁有實(shí)時性導(dǎo)航定時、定位功能，還具有連續(xù)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(biāo)、速度。GPS-RTK技術(shù)（GPS - real time kinematic），即實(shí)時動態(tài) GPS 測量技術(shù)，以載波相位測量為依據(jù)，并把載波相位測量和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)完美結(jié)合起來。這種實(shí)時差分 GPS 測量技術(shù)，是 GPS 測量技術(shù)發(fā)展中一個新的重要突破。

2.實(shí)時動態(tài)定位系統(tǒng)（RTK 測量技術(shù)），主要是由無線電數(shù)據(jù)傳輸鏈、一個基準(zhǔn)站和若干個流動站等三大部分組成的，該測量技術(shù)的應(yīng)用原理就是取一個點(diǎn)位精度相對較高的首級控制點(diǎn)當(dāng)作基準(zhǔn)點(diǎn)，在流動站上設(shè)置一臺接收機(jī)當(dāng)作參考站，從而能夠?qū)πl(wèi)星連續(xù)性地作出監(jiān)測，并將接收于基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備根據(jù)相對定位的原理，在計(jì)算機(jī)上實(shí)時計(jì)算顯示出這些流動站的測量精度和三維坐標(biāo)。

3.RTK 系統(tǒng)中的基準(zhǔn)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(diǎn)上進(jìn)行設(shè)置，它的功能就是連續(xù)性地跟蹤觀測 GPS 衛(wèi)星，并將基準(zhǔn)站坐標(biāo)、載波觀測數(shù)據(jù)及偽距觀測值等通過無線電數(shù)據(jù)傳輸鏈實(shí)時地發(fā)送給各個流動站。流動站上的接收機(jī)不僅可以采集 GPS 觀察數(shù)據(jù)，還能夠接收基準(zhǔn)站傳來的數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)崟r處理在系統(tǒng)內(nèi)組成的差分觀測值，最后就可以得出來自基準(zhǔn)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(zhǔn)站的坐標(biāo)就可以得到流動站所有點(diǎn)的坐標(biāo)，再利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)原理，可以計(jì)算出流動站的三維坐標(biāo)，精度能夠達(dá)到厘米級。

二、市政工程施工的特點(diǎn)

1.施工復(fù)雜程度高。市政工程建設(shè)需要在不同的區(qū)域、地理環(huán)境進(jìn)行，特別是很多時候需要人流比較密集、建筑物比較集中的環(huán)境展開，而且因?yàn)槭艿刭|(zhì)環(huán)境、水文條件、氣候等自然因素的影響，因此在施工過程中需要協(xié)調(diào)環(huán)境與工程項(xiàng)目的關(guān)系，以促進(jìn)工程施工管理的發(fā)展。除了與自然環(huán)境相適應(yīng)之外，市政工程施工管理需要組織施工人員、建筑材料以及施工設(shè)備之間的管理。由于市政工程在施工的工程中，危險性大、情況復(fù)雜、而且要消耗大量的人力物力，因此提高現(xiàn)場施工管理水平就顯得尤為迫切與需要。

2.施工作業(yè)難度較大

與其他類型的工程施工相比，市政工程在施工過程中存在很多不缺因素，涉及到路、橋、水、電、管道等多種因素的影響，作業(yè)難度較大。同時，在市政工程的施工中工作場地一般都很狹小，并且地下的管道線路也很繁多。市政工程建設(shè)的上述特征，致使市政工程的建設(shè)期間需要面對很多突發(fā)意外。附近條件、地下管網(wǎng)和材料質(zhì)量都會對市政工程的建設(shè)產(chǎn)生不利的影響。也有許多外在因素比如：施工原材料的緊俏程度、質(zhì)量價格、以及承建單位的技術(shù)能力的考察、原材料的供貨渠道是否暢通等。且市政施工工程作業(yè)涉及工程改造，整治、項(xiàng)目維護(hù)涵蓋建設(shè)點(diǎn)多、面廣有純?nèi)斯び袡C(jī)械作業(yè)加人工作業(yè)等安全生產(chǎn)極為困難，稍有不慎就會造成人身傷害。因此.市政工程施工作業(yè)難度極大.安全生產(chǎn)管理方面的問題難度必然加大。

3.施工作業(yè)管理涉及面較廣

城市建設(shè)離不開市政工程.而市政施工涉及到建設(shè)項(xiàng)目點(diǎn)多面廣、施工場所變化多端，譬如，立交橋、轉(zhuǎn)盤路、排水洞等等項(xiàng)目施工有的工期長、有的屬于季節(jié)性，修補(bǔ)工程、改善項(xiàng)目、新設(shè)場地，施工工作形式多樣、工序繁雜給安全生產(chǎn)管理帶來諸多不便。且施工人員多為農(nóng)村的打工人員其流動性強(qiáng)，不具有施工安全保護(hù)方面的能力，安全意識也不夠。施工作業(yè)環(huán)境復(fù)雜如：露天工程、地下作業(yè)，受交通、氣候的影響較重，更給市政施工工程的管理工作帶來了嚴(yán)重的影響。

三、GPS-RTK技術(shù)在市政工程施工中的應(yīng)用

1. 地形測量

由于RTK測量隨時都能顯示當(dāng)前位置的三維坐標(biāo)，因此可利用GPS-RTK來測量地形地物點(diǎn)，并記錄該點(diǎn)的序號和特征值，內(nèi)業(yè)采用數(shù)字化成圖軟件，實(shí)際作業(yè)中對獨(dú)立地物的測量序號應(yīng)盡量連續(xù)，如測量房屋，應(yīng)圍繞房角至少測2個（對角線）或3個點(diǎn)，測量池塘要連續(xù)測完，并注明從xx～xx詳細(xì)代為何地物，和現(xiàn)場勾畫草圖且標(biāo)明施測點(diǎn)序號。外業(yè)結(jié)束后，再根據(jù)草圖繪制地形圖。由于采取勾繪草圖與清繪為同一個人，對自己所測過的點(diǎn)都十分清楚，若記不清時，應(yīng)在第二天去實(shí)地核查，這樣就容易把一天所測的地形地物進(jìn)行內(nèi)業(yè)成圖。

2. 工程控制點(diǎn)測量。由于是屬于市政一般道路工程，可采用GPS RTK實(shí)時動態(tài)測量，即可滿足要求。這種方法在測量過程中能夠?qū)崟r獲得定位精度，即可停止觀測，大大提高了作業(yè)效率。由于RTK控制點(diǎn)之間不要求必須通視，使的野外控制點(diǎn)測量更簡單方便。由于GPS-RTK定位的數(shù)據(jù)處理過程屬于計(jì)算基準(zhǔn)站和移動站之間基線向量（坐標(biāo)差）的過程，不存在網(wǎng)平差處理，所以精度平定跟靜態(tài)測量基線處理的精度評定相似。一般使用指標(biāo)為：①載波相位的整周模糊度是否固定，GPS-RTK測量儀器的標(biāo)稱范圍，一般規(guī)定移動站距基準(zhǔn)站的距離不能超過15 km，因?yàn)樵?5km之內(nèi)RTK數(shù)據(jù)處理的載波相位整周模糊度能夠得到固定解，這樣定位精度才能達(dá)到厘米級；②均方根（RMS），RMS在這里表示RTK定位點(diǎn)的觀測值精度，是包括約70%的定位數(shù)據(jù)的誤差圓半徑，根據(jù)實(shí)際情況，在城市測量實(shí)際作業(yè)中，一般把基準(zhǔn)站與移動站的距離控制在6 km之內(nèi)。只有點(diǎn)位觀測值精度達(dá)到要求時，載波相位的整周模糊度才能得到固定解，坐標(biāo)精度才能滿足精度要求。一般使用平面和高程兩種均方根：①平面均方根HRMS，表示平面坐標(biāo)的定位精度；②高程均方根VRMS，表示高程坐標(biāo)的定位精度。endprint

3.在管線紅線放樣中的應(yīng)用

隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作逐漸成為人們關(guān)注的主要對象。社會發(fā)展中的各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展水平，對城市建設(shè)工作起到了至關(guān)重要的作用。其中市政工程的放樣工作對于技術(shù)的要求更高。不僅需要進(jìn)行精準(zhǔn)地測定，還需要提升建設(shè)工作的速度和效率。實(shí)際的工程放樣需要依靠硬件和軟件的共同作用，比如，在RTK手簿程序中輸入所施測點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后根據(jù)實(shí)際方位走向到達(dá)輸入點(diǎn)位坐標(biāo)的位置，到此放樣完成。從其發(fā)展趨勢上可以看出，技術(shù)類型逐漸朝著智能化和自動化的方向發(fā)展。在應(yīng)用相關(guān)軟件的過程中，需要以數(shù)字化的測繪產(chǎn)品作為支撐。同時建立科學(xué)規(guī)范的數(shù)據(jù)鏈，還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的傳遞，進(jìn)而提升測量的準(zhǔn)確性。

但是在實(shí)際的應(yīng)用中，管線的紅線放樣技術(shù)也會受到諸多因素的影響，因此，工作人員需要對測量的設(shè)備和技術(shù)加強(qiáng)重視。在作業(yè)難度相對較大的情況下，不得不應(yīng)用到GPS技術(shù)，這樣可以有效的提升工作的準(zhǔn)確性。在實(shí)際的工程測量中，采用RTK技術(shù)已經(jīng)成為一種普遍的趨勢，這種技術(shù)是對GPS技術(shù)的補(bǔ)充。這是一種典型的動態(tài)定位系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)到GPS技術(shù)所涉及不到的死角，具有較為廣闊地發(fā)展前景。

四、測量誤差的處理

RTK測量的誤差一般可分為兩類，包括與測量站有關(guān)的誤差和與距離有關(guān)的誤差。天線相位變化、多徑誤差、信號干擾以及氣象因素等是與測量站有關(guān)的誤差。軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差是與距離有關(guān)的誤差。在RTK作業(yè)前，在測區(qū)布設(shè)一定數(shù)量的靜態(tài)GPS控制點(diǎn)，與高一級的GPS點(diǎn)聯(lián)測，獲得這些GPS控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，并根據(jù)測區(qū)大小，選取3個以上且分布均勻的GPS控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，直接利用GPS控制器內(nèi)置的實(shí)時處理軟件或后處理軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

如具備或能獲取測區(qū)內(nèi)原有GPS控制點(diǎn)的成果和資料，可選取測區(qū)內(nèi)三個以上具有WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)的已知控制點(diǎn)作基準(zhǔn)點(diǎn)，直接利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

五、結(jié)語

現(xiàn)代測量技術(shù)的快速發(fā)展，使市政工程施工的效率、質(zhì)量等得到大幅提升。GPS-RTK技術(shù)可以有效提高施工的整體性，降低工程施工中因測量出現(xiàn)問題的幾率，具有更強(qiáng)的實(shí)用性和更加廣闊的發(fā)展空間。

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