高速公路征地測量中GPS—RTK技術(shù)的運用

孫君

摘 要：目前，GPS技術(shù)發(fā)展迅速，其應用已經(jīng)在各種測量領(lǐng)域中廣泛采用。在高速公路征地測量中應用GPS技術(shù)，使勘測精度和勘測效率得到了很大的提高，尤其是GPS-RTK技術(shù)的發(fā)展與進步，在常規(guī)的公路測量領(lǐng)域里越來越被廣泛應用。該文主要介紹了了GPS-RTK技術(shù)的工作原理、特點及其應用，對比分析了DPS-RTK技術(shù)在精準度，時效性審計方面的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：高速公路 征地測量 GPS—RTK技術(shù) 運用

中圖分類號：U412 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（a）-0041-02

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國公路建設規(guī)模不斷擴大，因此需要占用大量的土地，做好征地工作是我國國土資源部門需要重視的一個問題。在高速公路大規(guī)模修建的新形勢下，傳統(tǒng)的征地測量方法也已經(jīng)明顯不能適應現(xiàn)狀，在征地測量中應用GPS-RTK技術(shù)，可以使工作效率提高，減少不必要的糾紛，節(jié)約投資成本。

1 GPS-RTK技術(shù)的由來和發(fā)展

GPS的英文是Global Positioning System簡稱為全球定位系統(tǒng)。在測繪領(lǐng)域，GPS的運用相當廣泛，可以說是這一領(lǐng)域的革命性變革。目前，各種范圍的定位一般都將GPS作為首選的方式。隨著RTK技術(shù)不斷成熟，GPS已經(jīng)滲透到高精度動態(tài)定位、分米至厘米放樣等領(lǐng)域。目前RTK的使用已經(jīng)非常廣泛，它的性能也十分穩(wěn)定，但是其軟件方面需要加以改善。RTK（Real Time Kinematic）是一種組合系統(tǒng)，是集數(shù)字通訊技術(shù)、計算機技術(shù)、元線電技術(shù)、GPS測量定位技術(shù)為一體的。它是一種實時動態(tài)定位技術(shù)，是基于實時載波相位差分的。這是GPS征地測量技術(shù)發(fā)展中的一個新的突破。RTK定位精準度高，可以不間斷全天候的進行測量作業(yè)，誤差較小。而且操作簡單，只需要一個人進行系統(tǒng)的操作。測算出來的平面精度可以達到1 cm+1 ppm，高程精度可以達到2 cm+1 ppm，滿足了高速公路征地測量的精度要求。RTK可以細分為差分法和修正法。給流動站發(fā)送基準站的載波相位是修正法，收到的載波相位在流動站更改，流動站再進行坐標的求解，這也可以稱作準RTK；基準站收集到的載波相位，給流動站發(fā)送過去是差分法，再通過流動站進行坐標的求解運算，稱為真正的RTK。

2 GPS-RTK技術(shù)的特點

2.1 RTK設備組成

RTK系統(tǒng)通常由三部分組成；軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸設備、GPS接收設備。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由流動站的接收電臺與和基準站的發(fā)射電臺組成.這對實時動態(tài)測量是十分重要的。（見圖1）

2.2 GPS軟件作業(yè)環(huán)境

RTK要求在準確的時間及時提供移動站指定地點的三維坐標.相對應的投影計算和坐標轉(zhuǎn)換也要實時完成。將GPS所接收的WGS84坐標轉(zhuǎn)換成自己所需的工程坐標或者當?shù)刈鴺恕４诉^程都要在RTK手簿軟件中有效地完成。

2.3 GPS的測量方法

快速靜態(tài)技術(shù)是比較適合后處理測量的，動態(tài)及差分技術(shù)比較適合后處理測量或者實時測量。

2.3.1 實時動態(tài)的測量

到流動站和基站的相位實時的動態(tài)測量一般用五個或多個衛(wèi)星。測量前首先要進行初始化，才能得到準確的厘米級的測量精度結(jié)果。測量中，當衛(wèi)星數(shù)升至4顆或4顆以上的時候則需要重新進行初始化。

2.3.2 靜態(tài)測量

最高精度的測量需要用靜態(tài)測量，但根據(jù)邊長長短所需時間大約要30 min～1.5 h。靜態(tài)測量想要得到高精度的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過后處理才能得到。地殼變形的觀測、國家大地的測量、大壩變形的觀測等高精度測量主要應用于靜態(tài)作業(yè)的模式：快速靜態(tài)的測量作業(yè)效率較高，有著厘米級的精度，因此，被普遍應用于普通的工程測量中：RTK系統(tǒng)的整套設備在具有操作簡便性，輕量化、實時性可靠、厘米級的精度等優(yōu)點，可以較好地滿足放樣和數(shù)據(jù)工程采集的需求。

3 RTK測量的關(guān)鍵技術(shù)

確定周模糊度和傳輸差分數(shù)據(jù)是RTK測量技術(shù)的運用核心。

3.1 整周模糊度的求解

周模糊度有很多求解方法，可以通過測量過程中信號接收機的狀態(tài)情況進行劃分，可以分為動態(tài)法和靜態(tài)法。但是，如果運用這些方法將會耗費很多精力去求解，在實際生產(chǎn)生活中不能滿足需求，因此，運用卡爾曼濾波器對其模糊度進行動態(tài)的有效的求解，進而可以對模糊度的動態(tài)進行實時的求解。在實踐中我們可以得到，這種方法的特點為單易行、計算快速，計算量小，這是動態(tài)快速的求解周模糊度的最好的方式。

3.2 RTK技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸

空間波是RTK通訊的重要的傳播手段，因此我們采用的是UFK波，即散射波、折射波、直射波和多種合成波。直線傳播性和較強的穿透性是這類傳播方式的特點，但是，這容易受到障礙物、地形以及地球曲率的影響。當運用9600波特率傳送數(shù)據(jù)時，那么每組數(shù)據(jù)的發(fā)送的時間為0.8 s左右。所以，基準站在進行每秒傳送一次的RTK數(shù)據(jù)改正時，較為理想的傳送距離為：D=4.24（）數(shù)據(jù)鏈中覆蓋面的半徑為公式中的D，其單位為km；基準站的天線高度為h1，流動站的天線高度為h2，單位為m。公式中指處于較理想的狀態(tài)下，即覆蓋范圍處于沒有障礙的物遮擋和無電波的干擾的狀態(tài)下，這其實與實際的情況是有比較細微的出入的。為了快速提高RTK的數(shù)據(jù)通訊的能力，在進行RTK測量時在有效測量器中央的控制點上安排RTK基準站，調(diào)整基準站和移動站的天線架設的高度。另外，還需要對基準站與移動站之間的距離進行縮短，這樣可以使增強天線和接收機的靈敏性得到提高，使其可以達到“電磁波同視”的效果。如果在觀測過程中受到地形的影響，在一定程度上可以增設中繼站。

4 GPS-RTK技術(shù)在公路征地測量中的應用

公路的征地測量通常處于勘測設計和施工放樣的階段，其特點為線路較長，測量難度加大、地形較復雜。運用RTK技術(shù)，可以使公路測量工作的勞動強度得到減輕，使測量工作的靈活性加強，為公路測量工作帶來極大的便利。

（1）大比例尺繪制地形圖。通常公路選線是在大比例尺的帶狀地形圖上進行的，比例通常為1∶1000或者1∶2000。假如運用以往傳統(tǒng)的方法進行測圖，則需要進行碎步測量和經(jīng)過建立控制點才可以對地形圖進行準確的繪制，在這過程將會出現(xiàn)繪圖難度大、時間過長、速度慢和效率低下的問題，然而這些缺點GPS-RTK技術(shù)可以克服，只需要收集三維坐標數(shù)據(jù)和碎部點的輸入屬性的信息，用繪圖軟件繪制成圖，這樣便可以節(jié)省公路測圖的時間，測圖中遇到的困難也會克服。（見表1）

（2）計算道路的縱橫斷面放樣。在對縱橫斷面進行放樣的過程中，在電子手薄中填入放樣數(shù)據(jù)，并且建立一個施工文件來預放樣點，以供在現(xiàn)場勘測中使用。在進行橫斷面放樣時，第一步就要確定好橫斷面的施工作業(yè)的形式，在電子手簿將里填入橫斷面設計的高、路肩寬度和邊坡坡度，建立并儲存一個預放樣的施工文件，到現(xiàn)場進行不定時地測量放樣。運用繪圖軟件，可以將縱斷面與各個點圖繪制出來。不需要到實地現(xiàn)場其進行測量采集地形圖數(shù)據(jù)，大大減少了戶外公路征地測量工作的時間，提高了工作效率。

（3）道路中線放樣。道路設計工作者在地形圖上對公路實行定線之后，把標準的公路中線在地面標定出來。在使用RKT技術(shù)測量的過程中，將相關(guān)的中樁點坐標錄入在RTK電子手薄中，這樣放樣點的坐標點位就會在系統(tǒng)軟件中自動顯示。構(gòu)成高速公路的最主要的路線為圓曲線、緩和曲線和直線，在放樣時，在RTK電子手簿中輸入直線段與緩和曲線的距離、起點與終點的方位角、圓曲線的半徑、各主控的樁號、緩和曲線與直線段的距離，就能夠進行精確的放樣，并且均由RTK電子手薄獨立的完成運算。

5 結(jié)語

GPS-RTK技術(shù)的主要特點為速度快、效率好、精準度高和操作十分強，在公路征地測量工作中應用GPS-RTK技術(shù)，順應了時代技術(shù)發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)的征地測量方式已經(jīng)被GPS-RTK技術(shù)逐漸取代，在很大程度上減少公路測量工作的時間和物力的耗費。所以，GPS-RTK技術(shù)在道路勘測和施工放樣工作中有著非常重要的應用意義，在日后的道路養(yǎng)護和管理工作方面發(fā)展前景也十分廣闊。

參考文獻

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