基于GPS RTK技術的公路工程測量＊

孫憲兵，鄭衛鋒，孫奉劼，張 爽

（65015部隊，遼寧 大連116023）

0 引 言

GPS測量具有高精度、高效率的優點，在控制測量領域得到了廣泛的應用。目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設備，但常規測量方法受橫向通視和作業條件的限制，作業強度大、效率低，采用GPS RTK靜態或快速靜態方法建立沿線總體控制測量，為勘測階段測繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測量提供依據，RTK技術在公路工程中的應用，有著非常廣闊的前景［1］。

1 GPS RTK的基本原理及應用方式

RTK技術是以載波相位觀測量為根據的實時差分測量技術，其系統由基準站、流動站和通訊系統組成，建立無線數據通訊是實時動態測量的保證，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，對衛星進行連續觀測，流動站上的接收機在接收衛星信號的同時，通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數據，然后利用電子手簿根據相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度［2］。

RTK定位有快速靜態定位和動態定位兩種測量模式。快速靜態定位模式要求GPS接收機在每一流動站上靜止的進行觀測，在觀測過程中，同時接收基準站和衛星的同步觀測數據，實時解算整周未知數和用戶站的三維坐標；動態定位測量前需要在一控制點上靜止觀測數分鐘進行初始化，之后流動站就可以按預定的采樣間隔自動進行觀測，并連同基準站的同步觀測數據，實時確定采樣點的空間位置，其定位精度可以達到厘米級。兩種定位模式相結合，在公路工程中的應用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監理和GIS（地理信息系統）前端數據采集［3］。

2 GPS RTK的技術特點

GPS RTK的技術特點：

1）測站之間無需通視，全天候作業，作業效率高。

2）定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差累積。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm＋1 ppm，而紅外儀標稱精度為5mm＋5ppm，GPS RTK測量精度與紅外儀相當，但隨著距離的增長，GPS測量優越性愈加突出。

3）觀測時間短。采用GPS RTK布設控制網時每個測站上的觀測時間一般在30～40min左右，采用快速靜態定位方法，觀測時間更短。例如使用Timble4800GPS接收機的RTK法可在5s以內求得測點坐標。

4）提供三維坐標。GPS RTK測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

5）操作簡便。GPS RTK測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成［4］。

當然，GPS RTK具有一定的局限性，其測量誤差的來源是多方面的，如多路徑效應、衛星星歷誤差、衛星鐘誤差等。實踐證明，RTK不適合在信號不好的林區作業。

3 公路工程應用實例

應用GPS RTK技術進行公路中線測量，可同時完成傳統測量方法中的放線測量、中樁測量、中平測量等工作，基本作業方法是：在路線控制點上架設GPS接收機作為基準站，流動站測設路線點位并進行打樁作業。根據所設計的路線參數，利用路線計算程序和GPS配套的電子手簿計算路線中樁的設計坐標。在流動站的測設操作下，只要輸入要測設的參考點號，然后按解算鍵，顯示屏可及時顯示當前桿位和到設計樁位的方向與距離，移動桿位，當屏幕顯示桿位與設計點位重合時，在桿位處打樁寫號即可。這樣逐樁進行，可快速在地面上測設中樁并測得中樁高程。并且每個點的測設都是獨立完成的，不會產生累計誤差。

在對某地區道路20km的路段500根中樁放樣的過程中，為了檢驗RTK的放樣精度，在該路段選取了部分具有帶表性的特征點，用TC1800全站儀進行了放樣檢測，比較結果如表1所示。

表1 部分RTK與全站儀同樁號坐標誤差比較

從表1可以看出，其結果完全符合有關測量規范要求。從整個作業流程分析，GPS RTK技術在公路工程測量中比全站儀具有更大的優勢，GPS RTK讓作業過程更加靈活，點位精度更加均勻，效率更高。RTK放樣結果的精度，除受基準站點位精度影響外，還受模糊度解算誤差、坐標系統轉換誤差、GPS天線對中誤差等的影響。RTK測量的點位精度可達厘米級，與傳統測量方法相比各點位之間不存在誤差累積，滿足高等級公路放樣測量的精度要求［5］。

4 結 論

GPS技術應用于公路勘測，對高等級公路的勘測手段和作業方法產生了革命性的變革，極大地提高了勘測精度和勘測效率，非常適合于地形復雜的公路測量，特別是實時動態（RTK）定位技術將在公路勘測、施工和后期養護、管理方面有著廣闊的應用前景。

［1］ 周 立.GPS測量技術［M］.鄭州：黃河水利出版社，2006.

［2］ 徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理及應用［M］.武昌：武漢大學出版社，2006.

［3］ 吳廣華，張杏谷.衛星導航［M］.北京：人民交通出版社，1998.

［4］ 王廣運.差分GPS定位與應用［M］.北京：電子工業出版社，1996.

［5］ 方 輝.GPS測量原理及應用［M］.武昌：武漢測繪科技大學出版社，1998.