公路测量中ＲＴＫ技术的应用分析

曾范航

摘要:GPS系统在大地测量、工程测量、航空摄影测量等多学科都具有广泛的应用,文章分析介绍了GPS系统中RTK技术在公路测量中的应用。

关键词:RTK技术 公路测量 应用 GPS系统

GPS在全球定位系统中开发最早,应用更为成熟。其具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。随着GPS事业的快速发展,产品的更新换代,新一代具备RTK系统功能双频GPS接地机的诞生,给当今公路测设事业注入了新的活力。

一、RTK技术及其优点

(1)RTK实时动态定位系统由基准站和流动站组成,建立无线数据通讯是实时动态测量的保证,其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点,安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)RTK技术的优点:(1)?彻底摆脱了由于粗差造成的返工,提高了GPS作业效率;(2)?在中线放样的同时完成中桩抄平工作;(3)应用范围广—可以涵盖公路测量(包括平、纵、横),施工放样,监理,竣工测量,养护测量,GIS前端数据采集诸多方面;(4)实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果(包括高程);(5)如辅助相应的软件,RTK可与全站仪联合作业,充分发挥RTK与全站仪各自的优势。(6)作业效率高,每个放样点只需要停留1～2s,流动站小组作业,每小组(3～4人)可完成中线测量5～10km。若用其进行地形测量,每小组每天可以完成0.8～1.5km2的地形图测绘,其精度和效率是常规测量所无法比拟的。

二、RTK技术的应用情况

RTK技术定位有动态定位和快速静态定位两种测量模式,两种定位模式相结合,在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS(地理信息系统)前端数据采集。

(1)动态定位测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需2～10s)进行初始化工作,之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测,并连同基准站的同步观测数据,实时确定采样点的空间位置。目前,其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景,可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量2～4S,精度就可以达到1～3cm,且整个测量过程不需通视,有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。

(2)快速静态定位模式要求GPS接收机在每一流动站上,静止的进行观测。在观测过程中,同时接收基准站和卫星的同步观测数据,实时解算整周未知数和用户站的三维坐标,如果解算结果的变化趋于稳定,且其精度已满足设计要求,便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中,如控制网加密;若采用常规测量方法(如全站仪测量),受客观因素影响较大,在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难,而采用RTK快速静态测量,可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min(随着技术的不断发展,定位时间还会缩短),不及静态测量所需时间的五分之一,在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。

三、RTK技术测量中的作用

(一)道路的横、纵断放样和土石方量计算

(1)纵断放样时,先把需要放样的数据输入到电子手簿中(如:各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径),生成一个施工测设放样点文件,并储存起来,随时可以到现场放样测设。

(2)横断放样时,先确定出横断面形式(填、挖、半填半挖),然后把横断面设计数据输入到电子手簿中(如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高),生成一个施工测设放样点文件,储存起来,并随时可以到现场放样测设。同时软件可以帮助你自动与地面线衔接进行“戴帽”工作,并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件,可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的,不需要到现场进行纵、横断面测量,大大减少了外业工作。而且必要时,可用动态GPS到现场检测复合,这与传统方法相比,既经济又实用,前景又广阔。

(二)道路中线放样。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后,需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量,只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中,系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的,不会产生累计误差,各点放样精度趋于一致。道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时,只要先输入 各主控点桩号,然后输入起终点的方位角,直线段距离,缓和曲线距离,圆曲线半径,这样就可以很轻松放样了,而且一切工作均由GPS电子手簿来完成。这种方法简单实用,比起传统的弦线拨角法要快速得多。(三)绘制大比例尺地形图。高等级公路选线多是在大比例尺(1:1000或1:2000)带状地形图上进行。用传统方法测图,先要建立控制点,然后进行碎部测量,绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大,速度慢,花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点,只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟,即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息,构成带状所有碎部点的数据,在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息,而且采集速度快,因此大大降低了测图难度,既省时又省力,非常实用。

四、公路测量中RTK技术应用前景

实时动态RTK技术在公路勘测中的应用,对等级公路的勘测手段和作业方法产生了重大改变,极大地提高了勘测精度和勘测效率,对公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景,为我国国民经济发展带来了可观的经济效益。

(河北中色测绘中心)

参考文献:

[1]刘业光、王磊,广州市建设工程测绘自动化系统的设计与实现[J],地理空间信息,2006.3