浅谈GPS-RTK技术在公路勘测中的应用_论文发表__墨水学术,论文发

所属栏目：智能科学技术论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:201

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　　浅谈GPS-RTK技术在公路勘测中的应用
　　胡敏夏磊
　　武汉市公路勘察设计院湖北武汉430015
　　摘要：本文简要介绍GPS-RTK技术，即全球定位系统实时动态测量技术的工作原理，并根据其特点，探讨如何将GPS-RTK技术应用于公路勘测中，提高公路勘测的效率。
　　关键字：GPS-RTK技术公路勘测
　　0前言
　　近年来，随着我国公路事业的高速发展，公路里程日益增长，公路等级逐步提高，沿途的地形地貌条件越来越复杂，全站仪、水准仪等传统光学测量法在某些地区已无法满足勘测要求。在此条件下，GPS(全球定位系统)技术以其精度高、速度快、费用低、受地形条件限制小、操作灵活等特点，在公路勘测中得到广泛的应用。其中，实时动态测量（RealTimeKinematic）简称RTK技术，是将GPS技术与数据传输技术相结合而组成的一种综合测量系统，既有效提高了GPS的工作效率，同时在数据后期处理过程中又能准确辨识不合格测量成果，以其精确性、高效性、较强的环境适应能力成为公路勘测中理想的测设手段。
　　1、GPS-RTK的基本原理和功能特点
　　GPS是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面；对常规工程勘测而言相对测地定位是主要的应用方式。?
　　相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量，其原理是采用载波相位测量局域差分法：在接收机之间求一次差，在接收机和卫星观测历元之间求二次差，通过两次差分计算解算出待定基线的长度；求解整周模糊度是其关键技术，根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量；快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量；而RTK测量以其快速实时，厘米级精度等特点广泛应用于数据采集(如碎部测量)与工程放样中。RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。?
　　RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成，整套设备具有轻量化、操作简便、实时可靠性、厘米级精度等特点，完全可以满足数据采集和工程放样的要求。其基本原理是：在基准站上安装一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将其数据实时发送给用户观测站（一台或多台流动站）。在用户观测站，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地解算其三维坐标及精度。RTK技术的基本功能为：（1）实时直接采集测定地面点点位坐标；（2）对测设结果进行实时的质量分析和评价；（3）按设计特征点的坐标，在实地标定出来，即工程放样。
　　2、GPS-RTK技术运用简介
　　实时动态定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS(地理信息系统)前端数据采集。?
　　①快速静态定位模式。要求GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密；若采用常规测量方法(如全站仪测量)，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK快速静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min(随着技术的不断发展，定位时间还会缩短)，不及静态测量所需时间的五分之一，在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。?
　　②动态定位?测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪#p#副标题#e#器只需2～10秒)进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到厘米级。?
　　3、RTK技术的优点
　　①测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。
　　②定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。实验证明，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500km的基线上可达10-6～10-7。
　　③观测时间短。在小于20km的短基线上，快速相对定位一般只需5min观测时间即可。
　　④提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可精确测定观测站的大地高程。
　　⑤操作简便。GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其他观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成。
　　⑥如辅助相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。
　　4、GPS-RTK技术在公路勘测中的应用
　　近年来随着高等级公路的快速发展，对勘测设计提出了更高的时间及精度要求，传统的公路勘测中采用电子全站仪等测量仪器设备，测量方法受通视条件、通视距离的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展，公路设计已实现CAD化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持，这就对对原始数据的整理及运用提出了电子化的要求。运用GPS-RTK技术，可以在很大一定程度上改变传统测量方式，提高测量的工作效率及测量精度。下面就RTK技术在公路勘测中的应用作简单的介绍。??
　　①绘制大范围的地形图。用传统方法测图，先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视,而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到实地进行返测。采用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需根据控制点的布设位置建立一个大范围的控制网，在控制网的范围内可根据需要在任意碎部点上取点一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。不需要另行搬站处理，极大解决了通视条件及通视距离限制。，结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力，非常实用。
　　②道路中线放样。传统的弦线拨角法。一般要放样出一个设计点位时,往往需要来回移动目标，而且要2-3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样。采用GPS-RTK放样可以克服这些缺点。放样前，我们只要在GPS电子手簿上输入各主控点桩号，然后输入直线段距离，缓和曲线距离LS1、LS2，圆曲线半径R，通过GPS电子手簿的计算，就可以得出任意一点桩号的坐标。在实地放样时只需将中桩点输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位及距GPS流动站的距离及方向。这样操做者就可以很容易的根据GPS电子手簿上的显示确定出放样点的位置。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累计误差，各点放样精度趋于一致。这种方法简单实用，
　　③道路的横、纵断放样和土石方量计算。纵断放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中，生成一个施工测设放样点文件，#p#副标题#e#并储存起来，随时可以到现场放样测设；横断放样时，先确定出横断面形式(填、挖、半填半挖)，然后把横断面设计数据输入到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高)，生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。同时软件可以自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件，可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态GPS到现场检测复合，这与传统方法相比，经济实用，前景广阔。
　　5、结束语
　　GPS技术应用于公路工程测量，精度高，不受作业环境的距离限制，非常适合与地形复杂的公路测量，自动化程度高，极大地降低了劳动作业强度，减少了野外工作量，大大提高了工作效率及成果质量，给传统的公路勘测作业方式带来了巨大变化，使公路测设水平显著提高。特别是GPS-RTK技术应用于道路地形测绘、公路中路线测量及施工放样测量等工作，可方便地进行数据的存储传输，实现与路线CAD的集成，在公路勘察设计及施工中有着重要广阔的应用前景。
　　参考文献
　　[1]《公路勘测规范》（JTGC10—2007）人民交通出版社2007
　　[2]《公路勘测细则》（JTG/TC10—2007）人民交通出版社2007
　　[3]周忠漠，易杰军，周琪《GPS卫星测量原理与应用》，测绘出版社，1995