GPS-RTK后處理在公路工程中的探討應用

楊傳棟 劉德軍 馬春萍

摘 要：文章以尼日利亞KIYAWA公路項目為背景，論述GPS-RTK后處理的詳細步驟，其中著重于GPS高程的人工校正處理過程，靈活運用Trimble公司TSC2手簿中的各種功能，來進行快速簡潔的測量設計;目的是在有限的時間內，完成測量設計，為公路施工設備進場提供時間保證。

關鍵詞：GPS-RTK;RTK后處理;人工校正;TBC;EGM96;公路項目

1 項目背景

KIYAWA公路項目屬于JIGAWA州政府投資的一個公路項目，總長47.3公里，合同金額1.76億人民幣，最大高差50米左右，且地勢坡度變化比較平緩，屬于丘陵地帶。

該項目原咨詢公司屬于法國公司，設計圖紙距現在已經30余年。因為時間跨度比較大，原來咨詢提供的IV等控制點已經完全丟失，沒有任何控制成果可以聯測。故現場無法根據相關的參考物來確定原來的設計線路，因此由承包商參考咨詢提供的工程量單和大概線路來重新測量設計成果并給工程提供足夠的施工控制點。

測量設計時間要求2個月;當時正值莊稼成熟季節，莊稼比較高，用普通的全站儀測量難度比較大，因此選用GPS來進行測量設計。

2 測量設計思路

（1）直接用GPS RTK功能沿途大概每3、4公里做上一定數量的IV等首級GPS控制點，把線路兩邊的相關地物平面位置測量下來，做這個工作的同時;另外一個IV等幾何水準測量組同步進行，得到所有IV等GPS控制點的精確高程。

（2）根據所有IV等GPS控制點高程在TBC軟件中進行RTK后處理，人工校正得到所有IV等GPS控制點和相關地物的準確高程。展到CASS軟件中編輯圖形，這樣就可以在生成的地形圖上設計出平面線路。

（3）再用GPS-RTK功能根據IV等GPS控制點來精確的測量縱橫斷面，供設計使用。

（4）利用GPS-RTK的高程誤差不累積原理，在線路沿線兩側約300米左右加密一定數量的一級GPS施工控制點。

（5）如果平面線路中有重要的建筑設施，例如橋涵之類的，把該重要設施兩端的一級GPS施工控制點高程誤差平均分配即可。

注意：步驟3、4、5可以穿插進行，以便于先行提交部分測量設計成果，業主確認后即可施工，沒必要一次提交完畢。

3 RTK后處理

該項目使用Trimble公司的R8&GNSS GPS接收機2臺。測量作業開始，TSC2手簿選擇UTM投影、投影帶號、Minna（Nigeria）投影基準、EGM96（Global）大地水準面高程模型建立WGS84坐標高程系。在這里簡單介紹一下EGM96地球重力場模型，EGM96地球重力場模型（大地水準面模型）是美國國家宇航局哥達飛行中心（NASA/GSFC）、美國國家影像制圖局（NMA）和美國國防部（DOD）共同完成的最新高精度地球重力場模型，使用的數據有地面重力異常數據、衛星跟蹤數據和衛星測高數據。模型提供高達360階的球諧系數，共有130 317個系數，為計算全球以及中國大陸重力場提供了高精度資料。且該模型在國內諸多工程中已經得到廣泛的應用。

作業之初，在線路中間附近，直接使用TSC2手簿中RTK方法的HERE功能測得該IV等GPS控制點坐標高程，將該高程作為整個線路的起始高程點BY14。然后向線路兩側開始測量相關地物，并在大約3、4公里處使用RTK的測量控制點功能測得下一個IV等GPS控制點坐標高程，再在此處建立基準站，繼續往下，依此類推。

測量部分數據后，把數據導入到TBC軟件中，再修改當地點投影為測區中心附近經緯度和WGS84坐標系下的投影高度，投影高度大約為測區的WGS84平均高度（大地高），改好后把文件導入到TSC2手簿中，因為TSC2手簿中沒有設立當地點投影功能;設立當地投影點后，TSC2手簿中的原項目文件就沒用了，可以將其覆蓋或建立新項目文件，以后使用新項目文件即可。繼續進行以后的相關地物和IV等GPS控制點測量。這樣所有IV等GPS控制點和相關地物測完之后，另外一個IV等幾何水準組也測量完成，然后計算所有IV等GPS點的精確高程。在進行相關地物平面位置測量的同時，可以分別在兩端和線路中心附近適當位置驗證一定的平面位置誤差，這里采用的是Leica TS06-2”全站儀，標準測距標稱精度1.5 mm+2 ppm。

雖然用全站儀測得的平面距離不能簡單同GPS相對坐標相對比，要先歸算到參考橢球面，再歸算到UTM投影，才能進行比較，但是從上面數據中可以得出結論：用此方法求得的坐標對于公路工程，應用完全沒有問題。

下面講述利用GPS測量得到的IV等GPS坐標和IV等幾何水準成果來對RTK后處理進行人工校正。

在TBC軟件新項目中插入至少4個校正點網格坐標成果，每個IV等GPS校正點用易區分的點名輸入坐標高程，坐標采用原來的坐標保持不變，高程采用IV等水準高程成果，成果類型選取控制質量，這樣插入點完成后，就可以在項目中看到呈三角形的校正點標志，下一步選取測量/GPS點校正，選取三參數、水平平差（H）、垂直平差（V）、設置比例尺為（F）。【注意：圖中設置比例尺選項要選上，此處意思：用校正點和原來的同物點比例為1：1，即不縮放;選擇該檢查框可以避免使GPS 網的幾何圖形失真，但要注意校正殘差將會比較高。】。

點擊點列表，在相應域中輸入同物理點的校正網格點名稱和WGS-84 點名稱;兩個點的名稱不必相同，但它們應該對應于同一個物理點，至少輸入4個，此處第一個最好輸入這個項目前面定義的起始高程BY14，因為垂直平差原點使用的是帶高程的校正中的第一個點，輸入完成，確認。

點擊計算可以看到各種殘差值：

如果殘差可以接受，點擊 確認 軟鍵，存儲校正;如果殘差不可以接受，重新計算校正。這個時候需要刪除或增加校正網格點的名稱，直到殘差可以接受為止，保存GPS校正報告。【注 - 每個校正計算都獨立于先前的那一個，當應用新的校正時，它將覆蓋任何先前計算的校正。】也可以查看報告中的【垂直平差參數】和【GPS 和已知坐標間的殘差差異】兩項。這個步驟后導出所有IV等GPS點和相關地物成果，展到CASS中就是我們采集的所有相關地物，把所有IV等GPS控制成果保存為正式成果。

退出，復制該項目備份，在備份項目中刪除所有相關地物點，僅保留所有IV等GPS控制點導入到TSC2手簿中，RTK后處理的所有步驟就完成了。以后就可以用該項目文件來測量線路設計平面的縱橫斷面和一級GPS控制點了。

把平面設計的曲線要素輸入到TSC2手簿中，利用TSC2測量縱橫斷面的同時，同步放樣中樁，給工程設備提前進場提供更多的工作面。

再利用放樣好的中樁來進一步加密一級GPS施工控制點。

如果工程線路中有比較重要的建筑設施，比如橋涵等，只需要把重要設施兩端的一級GPS控制點水準聯測幾個，高程誤差平均分配即可;此處利用了GPS-RTK功能的高程誤差不累積原理。

下面圖表，僅僅為了驗證RTK測量得到的一級GPS控制點高程和水準高程數據。

表中數據為所有相鄰一級GPS控制點和沿線經過的IV等GPS控制點高程差，總共154個數據，統計誤差分布和高程中誤差。誤差分布表：

將水準高程作為外部檢核條件，計算得到高程中誤差=±8 mm;由上表可以得出結論：如果在某個項目高程不是要求非常嚴格、且工程進度要求非常緊的情況下，GPS-RTK后處理功能得到的GPS擬合高程完全可以替代五等及以下幾何水準高程;例如該公路項目，也沒必要全部檢核所有一級GPS控制點高程，僅核對重要建筑設施兩端的控制點高程即可。

4 結論

實踐檢驗表明，在某些高程不是要求非常嚴格的公路項目中，直接利用GPS的單基準站RTK功能，再經過RTK后處理完全可以達到五等及以下幾何水準測量的要求。

5 結束語

有時候為了使工程測量盡快完工，給設計提供依據，就要求必須在很短時間內完成測量工作，因此我們必須采取必要的手段和方法來保證工程的快速開展。例如該公路項目，全部工程測量設計僅用37天完成，比要求時間提前23天;且開始測量設計15天后，已經先行把設計出來的前7公里線路和設計成果提交給業主，業主確認后，工程設備在第20天就開始分多個工作面同時展開，這樣算下來，施工設備提前進場40天，為公路工程項目提前開工提供了一定的時間保證;在這里一并感謝Trimble公司的TBC軟件。

參考文獻：

[1]寧津生，羅志才，楊沾吉，等.深圳市1km高分辨率厘米級高精度大地水準面確定[J].測繪學報，2003（02）：102-107.

[2]馮林剛，楊潤甫，李勝.基于EG96的GPS高程轉換方法[J].測繪通報，2006（03）：22-23.