RTK技術在線狀工程測量中的應用

武靜

摘 要：隨著測繪新技術的不斷發(fā)展，測繪外業(yè)工作變得輕松簡單、省時省力。本文主要研究GPS RTK技術應用于線狀工程測量，對設計好的道路曲線進行實地放樣和精度分析。實踐表明，對比傳統(tǒng)的全站儀道路曲線放樣，RTK技術可以明顯提高作業(yè)效率，并能夠滿足工程應用的精度需求。

關鍵詞：RTK技術;道路曲線;放樣

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）25-0108-03

Application of RTK Technology in Linear Engineering Survey

WU Jing

（School of Urban-rural Planning and Architecture， Xuchang University，Xuchang Henan 461000）

Abstract： With the continuous development of new surveying and mapping technology， surveying and mapping field work has become easy， time-saving and labor-saving. This paper mainly studied the application of GPS RTK technology in linear engineering survey， and carried out on-site lofting and accuracy analysis of the designed road curve. Practice shows that RTK technology can significantly improve the efficiency of operation and meet the accuracy requirements of engineering application compared with traditional total station road curve lofting.

Keywords： RTK technology;road curve;lofting

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展及城市建設的不斷加快，工程工期普遍縮短，而這對道路曲線工程測量的要求也越來越高，以至于傳統(tǒng)測繪技術已無法滿足一些工期較短工程測量的需求。而RTK技術的廣泛應用不僅能提高測量精度、縮短施工工期，而且還能降低工程成本，對公路、鐵路等各種線狀工程測量工作具有非常重要的意義[1]。

1 RTK測量技術

RTK技術是基于載波相位測量值的實時動態(tài)差分定位技術，將載波相位測量與數(shù)據(jù)傳輸技術相結合，能實時提供測站點的厘米級的三維成果，是全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)發(fā)展里程中的一個重大突破[2]。RTK系統(tǒng)由基準站、移動站、數(shù)據(jù)鏈三部分組成。在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)通信鏈將其載波相位觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站，流動站一方面通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，另一方面還要采集GPS衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，并且在系統(tǒng)內組成差分觀測值進行數(shù)據(jù)的實時處理，給出厘米級的定位結果，整個過程歷時不到1s[3]。在作業(yè)時，流動站可以處于靜止狀態(tài)，也可安置于運動載體上，首先要在固定點上進行初始化，然后再進行動態(tài)作業(yè)，在整周未知數(shù)解固定以后，即可進行每個歷元的實時處理，只要可以保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤以及保證接收衛(wèi)星的必要幾何圖形強度，流動站就可隨時給出厘米級定位結果。

2 RTK測量的作業(yè)模式

目前，在實際應用中，常用的RTK模式有三種，分別是電臺模式、GPRS模式和CORS模式[4]。其中，常規(guī)的電臺模式需要搭建一個臨時的基準站，基準站對所有可見衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并通過外掛電臺傳送信號給流動站，在流動端組成差分觀測值進行實時處理，可以獲得厘米級的定位結果，這種作業(yè)模式需要頻繁架設基準站，并且測量范圍較小，通常為方圓5km2[5]。而GPRS模式的工作原理與常規(guī)電臺模式類似，只是數(shù)據(jù)通信方式不同，這種作業(yè)模式是利用GSM、GPRS/CDMA的移動通信方式進行播發(fā)信號的，同樣流動站也是以相應方式接收差分數(shù)據(jù)。相比傳統(tǒng)電臺模式，其儀器配置設備較為簡單、攜帶方便，而且增大了作業(yè)距離范圍，一般可達到10～15km。但是，其缺點也較為明顯，由于數(shù)據(jù)通信鏈采用移動通信網(wǎng)絡，因此其數(shù)據(jù)穩(wěn)定性受網(wǎng)絡覆蓋度的影響較大。第三種模式是CORS模式，也稱網(wǎng)絡RTK。網(wǎng)絡RTK有多個基準站，作業(yè)人員無需自己架設基準站，用戶與基準站的距離可以擴展到上百千米。其改變了傳統(tǒng)的RTK作業(yè)方式，有效擴大了工作范圍，可實現(xiàn)大區(qū)域范圍內厘米級、精度均勻的實時動態(tài)定位[6]。

3 道路工程測量應用實例分析

通常情況下，在修建管道工程如公路、鐵路等，設計線路會根據(jù)需求發(fā)生變化，即一個方向轉到另一個方向，隨后用曲線連接起來形成道路曲線。本次測量任務對道路曲線中線進行實地放樣，首先利用RTK對設計好的道路曲線進行放樣，隨后用全站儀對放樣點位進行精度檢核，并通過對比驗證RTK放樣點位是否滿足工程精度需求。

3.1 道路曲線方案設計與點位放樣

本次試驗區(qū)域選擇在許昌學院靜廬東田徑場。打開CASS軟件，導入許昌學院地形圖，測量得到田徑場寬94.4m，長178.7m，根據(jù)場地大小設計出放樣的曲線半徑為50m，偏角為79°27′56″。

第一，利用CASS軟件工具做出兩條半徑的切線，相交于一點JD，設其里程為K3+100.00m。

第二，利用CASS軟件標注工具欄，標記出各主點的位置，分別標注為ZY，QZ，YZ。

第三，將[R]和[α]帶入以下公式可以計算出切線長[T]、曲線長[L]、外矢距[E]和切曲差[D]。

[T=Rtanα2L=Rαπ180° E=Rcosα2-RD=2T-L]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

通過計算可以得出曲線的放樣數(shù)據(jù)，如表1所示。

第四，將交點里程和曲線測設元素帶入公式（2）計算出曲線主點里程。

[ZY點里程=JD點里程-TYZ點里程=ZY點里程+L QZ點里程=YZ點里程-L2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

經(jīng)計算可得到ZY點里程為K3+58.441m，YZ點里程為K3+127.788m，QZ點里程為K3+93.1 145m。

第五，檢驗各主點里程設計是否正確，再利用整樁號法計算出所有細部點里程。打開CASS軟件，在CASS軟件上依次得到曲線上所有其他細部點里程坐標數(shù)據(jù)。

第六，根據(jù)弧長求得角度，可以設計出放樣點所對應的角度，在CASS軟件中選擇半徑，選擇復制旋轉，得到角度旋轉和圓弧的交點就是放樣點的位置。

第七，將設計好的細部點坐標數(shù)據(jù)導入RTK電子手簿，選擇RTK手簿中的點位放樣功能，從預先上傳的文件中選擇待放樣點的坐標，根據(jù)儀器提示方向放樣點位，即將到達目標點位時，屏幕會有一個圓圈出現(xiàn)，指示放樣點和目標點的接近程度，精確移動RTK，使得[ΔX]和△[ΔY]小于放樣精度要求，按照提示確定目標點位置，釘木樁，精確投測小釘。其圓曲線放樣設計圖如圖1所示。

3.2 圓曲線放樣的精度分析

為進一步驗證RTK放樣點精度，同時使用常規(guī)測量儀器全站儀，采用極坐標法放樣相同的點位坐標，并對兩組數(shù)據(jù)得到的點位誤差進行對比，計算其中誤差。表2為此次圓曲線放樣精度的對比數(shù)據(jù)，設計點的RTK放樣坐標用[X]、[Y]表示，全站儀測量點坐標用[X′]、[Y′]表示。

3.3 結果分析

對比放樣和測量數(shù)據(jù)可以看出，兩種方法的橫向及縱向誤差均在厘米級，其中最大為2.9cm，最小為0.9cm，中誤差為1.9cm，均在±5cm范圍之內，完全滿足工程測量的需求。

由此可見，RTK測量點位精度均勻，具有顯著的實時、快捷等優(yōu)點。但由于RTK確定整周模糊度的置信度通常為95%～99%，不能保證達到100%可靠，并且在作業(yè)中也缺乏檢核條件，所以個別點位可能會出現(xiàn)粗差現(xiàn)象，因此必須保證在作業(yè)中對成果進行適當復核，即在同一點位上待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，進行多次初始化對比，取其均值作為結果，或者采用多時段觀測法對同一點位進行復測，對比其結果。

4 結論

在進行道路曲線放樣時，一般方法是根據(jù)曲線要素先放樣出曲線主點的位置，再依次放樣出其他曲線細部點位置。由于利用常規(guī)儀器進行主點測設時要頻繁地搬遷站，不僅操作步驟煩瑣，而且放樣細部點時是依據(jù)已放樣出的主點位置，這樣容易造成誤差的累積。而利用RTK進行道路曲線放樣不僅測量精度高，滿足工程施工的應用需求，而且速度快、效率高，只需將樁點坐標導入RTK電子手簿中，就會自動定出放樣點位，操作過程方便快捷，不僅大大減輕了外業(yè)工作的勞動量，而且各個放樣點位之間相互獨立，無誤差積累。

目前，RTK技術已廣泛應用于道路的勘測、施工放樣和后期的公路養(yǎng)護及管理等方面。相信隨著GNSS接收機性能的逐步提升，改善其頻標的穩(wěn)定性、降低接收機的噪聲系數(shù)、增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)健性，其測量精度將會得到進一步提高，到那時，RTK技術將在工程放樣及其他領域得到更加廣闊的應用。

參考文獻：

[1]蔡瑞斌.GPS測量技術在工程測繪中的應用[J].智能城市，2018（18）：53-54.

[2]蔡楊宇.淺談CORS-RTK技術優(yōu)勢及發(fā)展趨勢[J].地理空間信息，2013（4）：21-22.

[3]馬修魯.工程測繪中CORS測量技術的應用效果[J].價值工程，2016（7）：94-95.

[4]李楠.工程測量中GPS技術的應用及精度分析[J].山東商業(yè)職業(yè)技術學院學報，2015（2）：110-112.

[5]艾輝.淺談工程測量中GPS技術的應用[J].江西建材，2016（2）：229.

[6]李濤.GPS-RTK在工程放樣中的應用[J].甘肅農業(yè)，2013（19）：52-53.