GPS-RTK技术在道路工程测量中的应用

　　摘要：介绍了GPS系统。重点阐述了RTK技术的原理、组成、特点等，并总结了GPS-RTK技术在道路工程测量中的应用。
　　关键词：GPS，RTK，道路工程测量
　　一、GPS系统
　　GPS是全球定位系统(NavigationSatelliteTiminganRanging／GlobalPositioningSystem，NAVSTAR/GPS)的英文缩写，它的含义是利用卫星的测时和测距进行导航，以构成全球定位系统。现在国际上公认，将这—全球定位系统简称为GPS。GPS是目前世界上最先进、最完善的卫星导航系统与定位系统。经过10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来—场深刻的技术革命。
　　二、RTK技术
　　2.lRTK技术简介。RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术。是一种将GPS与数传技术相结合，实时解算进行数据处理，在1秒的时间里得到高精度位置信息的技术，它是GPS测量技术发展的—个新突破，在道路工程中有广阔的应用前景。
　　2.2RTK技术的基本原理。建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，RTK技术的原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，置一台接收机作为参考站对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据。随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况。根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。
　　2.3RTK系统的组成。RTK系统主要由基准站接收机、数据链及移动接收机三部分组成。
　　它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号。其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标(移动站)。基准站根据该点的准确坐标求出其他卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。它能够实时地提供测站点指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。RTK技术根据差分方法的不同分为修正法和差分法。修正法是将基准站的载波相位修正值发送给移动站，改正移动站的接收载波相位，再求解坐标；差分法是将基准站采集到的载波相位发送给移动站，进行求差解算坐标。
　　2.4RTK技术的特点。RTK技术具有如下优点：工作效率高。在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测最完4km半径的测区。大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数，移动站一人操作即可，劳动强度低，作业速度快，提高了工作效率。定位精度高。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内(一般为4km)，RTK的平面精度和高程精度都能达到cm级。全天候作业。RTK测量不要求基准站、移动站间光学通视，只要求满足“电磁波”通视，因此和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因索的影响和限制小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要能满足RTK的基本工作条件，它也能进行快速高精度定位，使测量工作变得更容易更轻松。RTK测景自动化、集成化程度高，数据处理能力强。RTK可进行多种测量内、外业工作。移动站利用软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。
　　三、GPS—RTK定位的作业流程
　　(1)基准站的设置
　　根据工程需要在当地收集高等级已知控制点，并对收集到的控制点进行必要的检测，以保证起算数据准确可靠。多数情况下，收集的已知控制点不便于工程直接使用，此时要在测区内布设若干控制点，联测坐标与高程。RTK定位测量时，在选定的基准站上安置接收机，正确配置参数。
　　(2)坐标系统转换
　　一般工程项目的建设都是在地方独立坐标系中进行，因此需要计算坐标转换参数。利用控制点(至少三个)进行RTK参数修正(必须解得七参数)，求出坐标转换参数后，利用测量控制器即可实时解算出定位点的工程独立坐标。转换参数的确定有两种方法：第一是利用RTK设备中测量控制器在现场进行测算，首先从平面控制点中选择至少三个点(三个点均要有高程)，将其准确的当地坐标输人控制器中，然后在现场进行逐点定位测量，观测时间不少于
　　5min，第三个点测量完成后，既可利用测量控制器中的自带软件计算出坐标转换参数。通过实践证明这种方法在现场花费时间较多，并不实用；第二是利用步骤l中得到的各个控制点的大地经纬度和测算出的当地坐标，在内业中计算得到坐标转换参数，直接将参数输入测量控制器。实践证明，这种方法算得的参数准确、花费时间较少。
　　(3)流动站测量定位
　　坐标转换参数确定无误后，即可在测区根据工程需要进行相关的测量定位放样和测绘工作。
　　四、GPS在道路工程中的应用
　　GPS在道路工程中的应用，目前主要是用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高等级公路的迅速发展，对勘测技术提出更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。日前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，如沪宁、沪杭高速公路上的上海段就是利用GPS建立了首级控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十千米范围内的点位误差只有2cm左右，达到了常规方法难以实现的精度。同时也大大提前了工期。利用wild200GPS接收机的快速静态定位功能施测了线路的全部初测导线，快速、高精度的建立了数百公里的高速公路控制网，取得了良好的网形，提高点位精度，同时对检测常规测量的支点也非常有效。如在大桥的建设中，首先用常规方法建立了高精度边角网，然后利用GPS对该网进行了检测，GPS检测时达到了毫米级精度，与常规精度网的比较符合较好。GPS技术在隧道测量中具有广泛的应用前景，GPS测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具有明显的经济和社会效益。通过实施GPS测量可以看出：GPS测量灵活、方便，能大大节省人力、物力、减少野外砍伐工作量，减少一些过渡点；具有极高的精度，它完全能达《公路勘察规程》的要求；较红外仪导线测量，可提高效率4倍～5倍。
　　五、RTK技术在线路测量中的应用
　　由于RTK技术具有实时厘米级的定位精度。因此如能将RTK技术应用于线路定测将取得良好的效果。RTK技术应用于线路定测的特点：
　　(1)以往的中线测量是先确定平面位置后确定高程，即先放中线，后做中平测量。而GPS技术具有三维坐标信息．无需再进行中平测量，大大的提高了效率。
　　(2)一个参考站有10km左右的作用半径。因此整个线路上．只要布设首级控制网，便可覆盖整个路线，而不必布设以下几级的控制网，如一、二级导线。只要保存好首级点，即可随时放样中线或恢复整个线路，因此也不必担心一些重要桩位，如交点桩的丢失而给线路测量带来困难等。
　　(3)一个参考站可服务于多个移动站，移动站可由一个人单独操作，大大节省人力并提高工作效率。
　　(4)由首级网与中线直接联系，不存在误差积累，能达到很高的精度，适合高等级线路工程建设要求。
　　结语
　　在道路工程初测中，线路平面控制网的布置和测量是外业中的重中之重，是后续工作开展的前提。GPS技术使传统的测量理论与方法产生了深刻的变革，促进了测绘科学的现代化。GPS以其全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点成功地应用于资源勘探、环境保护、农林牧渔、运载工具导航和地壳运动监测等多个领域。同时，GPS—RTK技术的引进和应用，导致了公路、铁路工程测量模式的一次根本性变革和发展。实践证明，RTK技术能显著提高测量效率、缩短工期、降低成本，同时具有精度可靠、方便实用和灵活多变的突出优点，它为复杂地形条件下的道路工程测量开辟了一条崭新的和切实可行的技术途径。因此，GPS—RTK技术在道路勘测设计领域有更广阔的应用前景。
　　参考文献：
　　[1]戴河良曹建洋．GPS系统实时动态定位技术在路测量中的应用[J]．科技咨询导报，2007，8．
　　[2]袁秋林杨豪强．GPS-RTK技术在公路测量中的应用[J]．GNSSWorldofChina,2006,3：26-29
　　[3]刘基余．GPS卫星导航定位原理与方法[M]．北京：科学出版社，2003：230-250．

《GPS-RTK技术在道路工程测量中的应用》

本文由职称驿站首发，您身边的高端论文发表学术顾问

文章名称： GPS-RTK技术在道路工程测量中的应用

文章地址： https://www.zhichengyz.com/lunwen/keji/dzjs/10268.html