基于GPS-RTK定位技術在道路改擴建中的應用

摘要：基于GPS-RTK差分定位技術及時反算出作業位置信息，并獲取整個道路施工區域的加密控制點靜態數據。然后將路面設計參數和數據輸入到毫米級GPS流動站，進行道路中心點位布設，實現路網理論樁號、埋設樁號、空間坐標位置X、Y、H三維立體坐標控制，改變了傳統需要等交切測量完后才能進行中線中平、橫斷面測量的局面，可保證測量的精度和施工的質量。對道路攤鋪機施工過程實現全自動化控制，以減少施工過程的人為誤差。

關鍵詞：GPS-RTK定位;定測放線;高精度;攤鋪控制

0" "引言

GPS定位技術可以實現遠距、實時、精確、快速、全天候的特點，在現階段橋梁施工過程中發揮了巨大作用[1]。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值，進行實時處理。同時通過輸入相應的坐標轉換參數和投影參數，實時得到流動站的三維坐標及精度[2]。

本文工程案例，提出了基于GPS-RTK差分定位技術，實現路網理論樁號、埋設樁號、空間坐標位置的三統一，克服了改擴建道路曲線段和變寬段平面位置不易計算和精度不易控制的問題，提高了道路中心測量與高程測量的精度。

1" "工程概況

杭金衢拓寬二期第03標段長約36.084km（扣除先行段后剩余32.801km），起點順接杭金衢一期改擴建工程終點，起點左幅樁號K320+056 ，沿線跨金華市迎賓大道增設婺城互通。路面面層為4cm SMA改性瀝青混凝土+6cm SUP-20改性瀝青混凝土+8cm SUP-25瀝青混凝土+透、封層+36cm水泥穩定碎石基層+18cm低劑量水泥穩定碎石底基層，路面結構總厚度為72cm。

2" "GPS-RTK系統構建

GPS-RTK系統由GPS接收設備、無線電通訊設備、電子手薄及配套設備組成，整套設備具有操作簡便性、實時可靠性、厘米級精度等方面的特點，完全可以滿足數據采集和工程放樣的要求[3]。鑒于GPS系統在軌衛星數有限，在對空通視被遮擋的條件下，不能保證正常解算，影響定位的精度和可靠性。GPS-RTK系統結構如圖1所示。

PDA（道路放樁系統）采用數據流量與連續運行（衛星定位服務）參考站（簡稱Cors站）連接。放樁前，PDA設備需安裝流量卡或連接無線熱點，以保證數據流量連接。GPS-RTK平板電腦放樁界面如圖2所示。利用GPS快速定位功能，配合提前錄入的道路線型信息快速處理采集數據，可反算顯示作業人員在工作區域內準確位置信息。

3" "道路控制點布設原理

所謂GPS（樁號+偏距）中的樁號指的是道路設計線中的樁號里程。偏距是指線路設計中結構物構件的某個點距路線設計線的垂直距離。兩者關系類似于平面的（x，y） 坐標，通過“樁號+偏距”就可以確定待測點的平面位置。

在道路攤鋪過程中，控制點加密是利用相對坐標系，通過計算找到道路中心線在相對坐標系下偏距不受樁號的影響一個固定常數。通過偏距測量確定路面位置，便可控制攤鋪機所在位置。利用設計方給的設計數據和高等級控制點數據，根據施工作業范圍布設加密控制點，通過在加密點上架設GPS接收機做靜態測量，之后再對數據進行后處理，便可獲取能夠控制整個施工區域的加密控制點。

利用設計方給定的高等級控制點的高程坐標，采用水準閉合導線測量的方式，在控制點上或合適位置可測得高程控制點。激光發射器的有效工作半徑為300m，因此高程控制點選擇的間距應在此范圍之內。道路施工水準點需在距場地邊界30m范圍內，點間距150m，可沿道路場地周邊布設。

4" "關鍵施工技術

4.1" "GPS-RTK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，實時解算未知數和用戶站的三維坐標。如果解算結果的變化趨于穩定，且其精度已滿足設計要求，便可以結束實時觀測[4]。

其一般應用在控制測量中，如控制網加密。若采用常規測量方法（如全站儀測量），受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區實施起來比較困難。而采用RTK快速靜態測量，可起到事半功倍的效果。其單點定位只需要5～10min，不及靜態測量所需時間的1/5，在道路測量中可以代替全站儀完成導線測量等控制點加密工作[5]。

4.2 基準站選定

根據道路平面位置走向以及路面攤鋪過程中的設計需求進行整體線形的設計，以保障GPS作業過程中能夠及時提供點位信息，并反算作業位置信息。根據需求進行數據鏈模式選用，在短距離以及短時間段施工過程中，可選用內置電臺完成數據的傳輸作業。在距離未知點3km范圍內可架設GPS基站，要求架設在開闊的野外無遮擋和強烈磁場干擾位置。然后在已知的導線點位置進行對點校正，確保基站工作的穩定性和安全性。校正完后對已知點進行坐標測量，與已知坐標進行誤差對比，要求x、y方向誤差累計值小于1cm。

4.3 高程控制測量

用mmGPS測量地面高程，并標記攤鋪合適高度，將攤鋪機熨平板調整到合適高度（可借助一些其他物體，如墊木塊等）。通過在加密點上架設GPS接收機做靜態測量，之后對數據進行后處理，以獲取能夠控制整個施工區域的加密控制點。

利用設計方給定的高等級控制點的高程坐標，采用水準閉合導線測量的方式，在控制點上或合適位置測得高程控制點。通過mmGPS流動站實時檢測攤鋪的效果，根據反饋值對兩側的箭頭進行調整，正常工作狀態下調整箭頭變動很小，幾乎為零。GPS主屏幕高程調節箭頭如圖3所示。點擊高程控制按鈕，點擊match使高程調整值歸零，消除之前由于測量不準確存在的誤差。

4.4" "樁號布設及攤鋪過程控制

計算路線實地復核無誤后進行樁號布設，推薦在定位精度最高狀態固定解情況下進行樁號布設。一般采用車載模式進行樁號布設，車輛沿道路邊線形式，從上行起點位置依次進行樁號布設。

GPS-RTK設備固定在車體頂部靠近道路邊線一側，使用自噴漆實地標定樁號。推薦RTK設備與使用自噴漆實地標定人員處于同一水平線，以便標定人員根據設備位置在道路邊線位置處進行樁號標定，放樁時實地里程樁標注點對準GPS-RTK設備位置。利用GPS-RTK設備現場布樁如圖4所示。

選擇GPS手部程序里的道路放線，目標選擇主線線型SJHZX，開始在道路中心線位置進行放線。首先放道路外邊線，觀察RTK手部中偏距值顯示的偏距與計算k內、k外一致時，做上標記畫線;然后進行道路中心線的放線;定位道路中心線直接觀察RTK手部的樁號里程，與計算樁號一致時即可畫線。對于道路曲線段，需要通過GPS放樣道路內側及外側，通過標記出的內外側點位彈墨線做出道路中心線。

通過GPS實時RTK差分定位技術，攤鋪設備在施工作業面上及時確定≤2cm的絕對定位，通過域激光發射器提供毫米級的高程定位，再結合GPS-RTK平面和域激光設備在對應坐標點上的高程，便可實現X、Y、H三維立體的自動化攤鋪作業，最大程度上減少施工過程的人為誤差以及傳統施工工藝存在的系統誤差。攤鋪機外側應采用鋼絲繩引導的高程控制方式，攤鋪機內側分別采用架設鋼梁或雪橇式控制基層攤鋪厚度。鋼絲繩應張拉平順，鋪料時不得對基準鋼絲繩造成干擾。

4.5 內業數據處理

將每一天的GPS-RTK觀測文件中的道路坐標、方位角、路面標高等數據文件，通過Data Transfer導入到TGO中。采用高程擬合的方式求出所測點的高程值，然后按規定的格式導出到EXCEL中。最后，控制點通過平差軟件處理后生成控制點平面坐標TXT、水準點坐標TXT，以便導入到Pocket-3D和3DMC軟件編輯成正式文件。為檢驗GPS-RTK測量的精度，事先用全站儀放樣一段道路，并將結果作為參考值。兩種作業模式的成果比較如表1所示。

根據統計結果分析，最大平面交差為3mm，因此認為GPS-RTK數據成果可信。本次作業采用GPS-RTK高程擬合的方式獲取中樁高程。由于在高程擬合方面的經驗不是很多，為保證程的擬合精度，事先也擬合了一段中樁的高程值。用水準儀對其進行了檢測，比較結果如表2所示。

根據表1、表2統計數據分析可知，在該測區對布設的高等級水準點進行擬合，所得高程值滿足測量外業檢測驗收的相關精度要求，完全滿足設計標準要求。

4.6" "質量控制措施

GPS設備必須遵守年檢制度，應按期送往國家授權測繪儀器質量監督檢測機構進行檢定，檢定有效期內也應定期按照全站儀操作規程進行自檢，以確保儀器正常運行。測量腳架和對點基座應定期檢查校正，杜絕使用故障設備。測量成果的計算應由具備測量專業技術資格的人員來完成，計算人員必須認真抄錄原始記錄及起算數據。

5" "結語

基于GPS-RTK差分定位技術能夠及時反算出作業位置信息，獲取能夠控制整個施工區域的加密控制點靜態數據，對道路攤鋪機施工過程實現全自動化控制，有效避免因攤鋪質量問題造成的返工現象。

該定位技術相對于普通全站儀具有一定的優勢，它不受通視條件的限制，不受天氣及溫度的影響，可做到全天候作業，有利于提高測量質量與工作效率。通過相應的數據處理程序，測量中控制網直接與測點聯系，不存在中間點的累積誤差，也減少了置儀誤差，減輕了測量人員的勞動強度。

參考文獻

[1] 劉立杰.GPS-RTK測量技術在測量工程中的應用[J].工程建設與設計，2019（8）：272-274.

[2] 韓興輝，馮翠芹.GPS-RTK技術在土地確權測量中的應用[J].安徽農業科學，2016（6）：242-243，247.

[3] 付延濤，周飛舟，辜小川，等.基于GPS-RTK技術的自移橋式布料機履帶系統控制[J].礦山機械，2021，49（11）：7-11.

[4] 沈啟亮.GPS-RTK打樁定位系統在施工中的應用[J].港工技術，2009，46（z1）：67-69.

[5] 滿迎彬.利用GPS-RTK技術整正站場曲線實例[J].山西建筑，2021，47（3）：160-161.