GPSRTK在高速公路中的應(yīng)用

摘 要：傳統(tǒng)的高速公路施工測量放樣工作非常辛苦，而且繁瑣，存在著復(fù)測時間長、工作效率低等諸多問題。RTK的廣泛應(yīng)用最大限度地減輕了測量人員的勞動強度，提高工作效率和放樣精度。將GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)結(jié)合起來，形成了RTK技術(shù)。這項技術(shù)在很大程度上提升了GPS測量精度。

關(guān)鍵詞：GPS RTK；高速公路；應(yīng)用

1 RTK技術(shù)概述

RTK除了作靜態(tài)布設(shè)控制網(wǎng)外，還可作實時動態(tài)監(jiān)測。基于載波相位觀測，RTK測量技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)實時差分GPS測量。主體思路為：將1臺GPS安裝在基準(zhǔn)站上，做為接收機，持續(xù)監(jiān)測可視范圍內(nèi)的GPS衛(wèi)星，同時借助無線電傳送設(shè)施，及時把觀測信息傳送至用戶監(jiān)測站。在用戶監(jiān)測站，GPS接收機一邊接收GPS衛(wèi)星信號，一邊接收觀測數(shù)據(jù)，其是由基準(zhǔn)站傳送，這一過程需要用到無線電設(shè)施。之后，參照相對定位原理，實時對整周模糊度進行解算，求出未知數(shù)，同時對顯示用戶站的空間坐標(biāo)以及相關(guān)準(zhǔn)確度進行運算。經(jīng)過實時運算，獲得定位結(jié)果，由此可以評估監(jiān)測基準(zhǔn)站以及用戶站的觀測成果的質(zhì)量，以及判斷解算結(jié)果的收斂狀況，對解算結(jié)果的正確性進行實時判斷，進而避免發(fā)生冗余觀測量，減少觀測用時。

構(gòu)成RTK測量系統(tǒng)的主體有：GPS接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)以及軟件部分。其中，發(fā)射電臺（位于基準(zhǔn)站）、接收電臺（位于流動站）構(gòu)成了數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)，這一系統(tǒng)在確保動態(tài)測量的實時上起著主要作用。軟件部分的作用為：對流動站的空間坐標(biāo)進行實時解算。在傳承GPS測量技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，RTK測量技術(shù)還兼具觀測花費時間少、實時解算等優(yōu)勢。所以，對于生產(chǎn)效率的提高有很大好處。如果應(yīng)用快速靜態(tài)測量途徑，在15千米區(qū)間里，實時動態(tài)定位的準(zhǔn)確度能夠達到1至2厘米，在高速公路施工中，針對放樣測量工作有很好的適用性。

2 RTK技術(shù)基本原理

目前，RTK技術(shù)的全稱是：實時動態(tài)載波相位分技術(shù)。此項技術(shù)的定位已經(jīng)達到了厘米級的精確度，在常見的工程測量中，能夠充分滿足其精度需求。

RTK技術(shù)集成了多項技術(shù)成果，如大地測量技術(shù)、空間技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、無線電通信技術(shù)以及計算機技術(shù)，能夠廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域。RTK的三大構(gòu)成主體有：基準(zhǔn)站、諸多流動站以及通訊系統(tǒng)。構(gòu)成基準(zhǔn)站的設(shè)備有：GPS接收機以及天線、無線電通信發(fā)射機、電源、基準(zhǔn)站控制儀等。組成流動站的主要設(shè)備有：GPS天線以及接收機、手簿等。

在測量過程中，全部衛(wèi)星信息傳送到基準(zhǔn)站，后者隨即將其連同自身信息傳送至移動站。可見，每個移動站接受的信息來自兩方：衛(wèi)星信息、基準(zhǔn)站信息。當(dāng)移動站進行初始化之后，基準(zhǔn)站信息便可以被控制器接收，后者會將移動站的空間坐標(biāo)顯示出來。RTK系統(tǒng)能夠高速、精確解算整周模糊度的原因主要為：該系統(tǒng)的算法非常快速。這些高速算法，包含函數(shù)法、最小二搜索法、組合波搜索法以及高速分解法等。RTK技術(shù)的優(yōu)勢主要建立在快速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)基礎(chǔ)上。

RTK的基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84系統(tǒng)。后者將前者所有的觀測值與解算結(jié)果都包含在內(nèi)。現(xiàn)今，我國應(yīng)用的坐標(biāo)系為1980國家大地坐標(biāo)系。以往為一些區(qū)域性坐標(biāo)系統(tǒng)，如1954坐標(biāo)系、各類工程坐標(biāo)系、城市坐標(biāo)系等。所以，在實際應(yīng)用中，需要把RTK基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)（WGS-84系統(tǒng)）轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)系統(tǒng)，因此，一定要掌握兩者間的轉(zhuǎn)換系數(shù)（平移因子、尺度因子以及旋轉(zhuǎn)因子）。

3 RTK技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用

3.1 構(gòu)建高速公路控制系統(tǒng)

在高速公路施工中，測量任務(wù)主要有定線、平斷面測量、定位測量三大任務(wù)。要圓滿完成這三大任務(wù)就必須建立一個高精度的、布局合理的整體控制系統(tǒng)，其優(yōu)劣將直接影響GPSRTK技術(shù)的效果。控制系統(tǒng)的構(gòu)建可采用GPS作靜態(tài)測量構(gòu)建時應(yīng)精心選擇原有（提供）的控制點并將加密的控制點納入同一坐標(biāo)系統(tǒng)中去（即建立了本段高速的控制網(wǎng)）。

本段高速公路控制系統(tǒng)中各控制點的作用之一是為了設(shè)置GPSRTK基準(zhǔn)站，因此要求新設(shè)控制點應(yīng)設(shè)置在地勢較高、視野開闊，控制點的周圍不得有高度角度超過10度的障礙物，在控制點100米范圍內(nèi)不能有強電磁干擾（無線電臺、高壓線、微波等），及不能有導(dǎo)致多路經(jīng)效應(yīng)的GPS信號反射體（比如大機積水域、高大建筑物等）。

3.2 坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)和確定

將基準(zhǔn)站安置在符合要求的新設(shè)控制點或舊有控制點上獲其WGS-84坐標(biāo)將移動站安置在基準(zhǔn)站控制范圍盡可能遠的另一符合要求的新設(shè)控制點或舊有控制點上，可解算出四參數(shù)或七參數(shù)須架設(shè)倆個點，適合本段高速公路的施工測量任務(wù)。

3.3 RTK在高速公路上的施工放樣

將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知控制點上，或隨意架設(shè)在一個符合條件的控制點，打開工程之星軟件，建立新文件，輸入已獲得四參數(shù)或七參數(shù)，根據(jù)工程的需要，將移動站設(shè)置在工作點（比如線路中樁，平斷面點，待放樣點等）上。根據(jù)工程的需要，可同時使用多個移動站。基準(zhǔn)站與移動站的距離一般不超過15km。放樣時，要等到出現(xiàn)固定解，這樣才能滿足工程的精度。

4 RTK坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

（1）當(dāng)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84系統(tǒng)時，移動站也要應(yīng)用此坐標(biāo)系統(tǒng)，那么就無需轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)。

（2）當(dāng)基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，而移動站應(yīng)用的為地方坐標(biāo)系統(tǒng)，那么需要用到兩者的轉(zhuǎn)換系數(shù)，將之輸入到基準(zhǔn)站上。

（3）當(dāng)基準(zhǔn)站應(yīng)用的坐標(biāo)系統(tǒng)是地方坐標(biāo)系統(tǒng)，而移動站為

WGS-84系統(tǒng)時，那么需要將地方坐標(biāo)系統(tǒng)、兩個坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換系數(shù)輸入到基準(zhǔn)站，同時將WGS-84系統(tǒng)應(yīng)用在移動站。

（4）如果基準(zhǔn)站應(yīng)用的地方坐標(biāo)系統(tǒng)，而移動站也為地方坐標(biāo)系統(tǒng)，那么將地方坐標(biāo)系統(tǒng)輸入至基準(zhǔn)站，同時將基準(zhǔn)站輸入為地方坐標(biāo)系統(tǒng)與WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

5 RTK作業(yè)的影響因素

一些因素會制約RTK的作業(yè)，因此需要避免。GPS綜合系統(tǒng)的局限性導(dǎo)致了這些不利影響因素的發(fā)生。例如，當(dāng)處于樹林茂密的地區(qū)時，GPS接受信號的能力很差，GPS要實現(xiàn)精確可靠的定位必需有5顆適當(dāng)分布的衛(wèi)星。此外，RTK傳輸數(shù)據(jù)鏈也會導(dǎo)致自身不利因素的發(fā)生。RTK數(shù)據(jù)鏈工作時，其周邊電磁環(huán)境、作用范圍都會在很大程度上影響其工作效率。

6 利用TOPCON（GPT-7001）全站儀進行檢查

在泉州南惠高速公路NHA1合同段中，利用南方S-82靜態(tài)布設(shè)和復(fù)測控制點，實時動態(tài)放樣線路中樁和定線。斷面測量的成果進行復(fù)核，其精度完成符合設(shè)計要求，RTK靜態(tài)測量點位和高程的精度在1厘米和2厘米以內(nèi)。

7 結(jié)束語

在控制測量，以及高速公路施工的放樣環(huán)節(jié)，RTK有著很好的適用性。與以往的測量儀器相比，其在測量上表現(xiàn)出諸多優(yōu)點，如用時短、耗費人工少、精度高等。但是在一些方面，還需要逐步完善這項技術(shù)。在開展測量工作中，應(yīng)重點關(guān)注基準(zhǔn)站的選址，應(yīng)盡量選擇中心點、制高點、空曠區(qū)域，同時周邊沒有磁場作用，從而保證移動站接收信息的質(zhì)量。另外，要整體平差觀測成果以及首級控制成果，通過這一動態(tài)觀測平差過程，能夠獲得較高的精確度。

作者簡介：楊建忠（1971-），男，福建莆田人，中交第三航務(wù)工程局廈門分公司，大專學(xué)歷，研究方向，工程測量。