GPS-RTK 技术及其在道路工程施测中的应用

李彦卿 高旭东

（辽宁省地质矿产局辽东勘察院，辽宁，丹东，118000）

GPS-RTK 技术及其在道路工程施测中的应用

李彦卿 高旭东

（辽宁省地质矿产局辽东勘察院，辽宁，丹东，118000）

介绍了GPS 系统, RTK 技术的内容、组成、原理、特点,综述网络GPRSRTK 技术在道路工程测量中的应用，影响RTK 成果精度的因素。

GPS；RTK；道路工程测量

一、GPS系统

GPS是全球定位系统(Navigation SatelliteTiming and Ranging/Global Positioning System,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。将这一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, 经近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、地质资源勘察、地球动力学等多种学科, 从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。[1]

二、RTK 技术

1、RTK 技术简介。RTK即（real time kinematic），RTK 技术是载波相位差分技术，主要以GPS载波相位测量与数据传输技术相结合并对载波相位测量进行实时差分处理的测量技术。在野外几秒钟时间里得到高精度定位信息, 它是 GPS 测量技术发展的一个新突破。[2]在各种控制测量、地形图测绘、地籍测量、工程放样，电力线路及道路工程施工中有广阔的应用前景。

2、RTK 系统的组成。RTK 系统主要由基准站GPS接收机、移动站GPS接收机、GPS配套的电台或移动通讯数据传输设备及连接数据链的PC机四部分组成。

3、RTK 技术的基本原理。RTK 技术的原理是安置一台接收机作为基站对卫星进行观测,流动站的接收机在接收到卫星信号的同时, 通过无线电设备接收基准站上的观测数据,并在系统内进行观测值时时差分处理，得出厘米级测量结果，建立无线数据通讯是RTK测量的保证。根据待测点的精度指标和工程需要的精度, 确定观测时间, 从而减少冗余观测, 提高工作效率。

4、RTK 技术的特点。RTK 技术具有如下优点：

（1）工作效率高。多台流动站利用同一基准站信息可各自独立开展工作，在一般的地形地势下,可测量完5km 半径的测区, 大大减少了传统测量所需的控制点数量、测量仪器的设站次数、人员配合关系等, 每个流动站一人操作即可,测量点的三维坐标和属性都记入手薄，降低劳动强度,提高了工作效率。

（2）定位精度高。只要满足RTK 的基本工作条件,有5颗卫星、PDPO值小于6、数据传输连续、差分为窄带固定解，在一定的作业半径范围内( 一般为5km) , RTK精度水平精度2cm+1ppm 垂直精度5cm+1ppm。测点点位误差不累积，可实时提供测点三维坐标值改正值△X、△Y、△H，现场及时对观测质量进行检查，避免外业出现返工。

（3）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“电磁波或移动网”连通即可, 因此和传统测量相比，RTK 测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制小, 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。[2]

（4）RTK 测量自动化、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。利用手簿软件测量系统, 无需人工计算便可自动实现多种测绘功能（如电力线路设计,森林面积测算、线路中桩、边桩放样、纵横断面测量）, 减少了辅助测量工作和人为误差, 保证了作业精度，提高工作效率。

三、网络GPRS RTK 在道路工程测量中的应用

1、控制测量。在道路较长（大于100Km）和道路中有大型建筑物, 如特大桥、隧道、互通式立交等进行控制, 宜用静态测量，先建立GPS控制网。对测量线路短，一般道路工程的控制测量, 则可直接采用RTK测量。这种方法在测量过程中能实时获得定位精度。当达到定位精度达到要求时几秒钟就可完成控制点数据采集,由于点与点之间不要求互相通视（只要保证有一个方向通视就行）, 大大提高了作业效率。

2、绘制大比例地形图。道路选线多是在大比例尺( 通常是1: 2000 或1: 1000) 带状地形图上进行,用传统方法测图, 先要建立测图控制网,然后进行碎部测量, 绘制成大比例尺地形图,其工作量大、速度慢。在 RTK测量其作业半径（5km）内，以测区较高精度的首级控制点作为基准点设站,接收机输入转换参数后,即可碎部点的数据采集。也可先测碎步点测量后联测控制点解算，由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息,采集速度快,内业用传输线连接手簿下载数据到计算机，在室内由绘图软件成图, 既省时又省力。

3、道路初勘测。在道路选线过程中, 我们往往要按照勘测设计规范,准确设计好道路中线路使其符合设计要求,利用 RTK 接收机按一定间隔采集沿原路中线数据,线路两侧遇到重要地物, 准确定位, 最后将数据传入计算机, （利用AutoCAD 软件、南方CASS6.1、HY-SZDL道路设计软件）可以方便在计算机上选线。

4、道路的中线测设。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后, 需将公路在地面标定出来。采用RTK放样功能, 只需将中线主点的坐标输入（可从计算机中传到）手薄中, 系统就会放样出所要的点位。由于每个点位的测量都是独立完成的, 不会产生累积误差, 各点放样精度趋于一致。测区如有高精度控制测量，求解七参数，在一般平缓地形条件下作业半径可达8KM～10KM。

5、道路纵、横断面放样。道路中线确定后,利用中线桩点坐标, 通过绘图软件, 即可给出路线纵断面和各桩点的横断面。所用数据都是测绘地形图时采集来的, 因此不需要再到现场进行纵、横断面测量。从而大大减少了外业工作。如果需要进行现场断面测量时, 也可采用RTK现场测量，比较方便快捷。

6、施工放样测量。RTK测系统有极其丰富的软件可选择。我们施工中的道路软件对施工中对点、线、面以及坡度等放样均很方便、快捷,只要附合RTK测量条件，测量精度可达到厘米级。根据工程需要求提高或放宽测量精度标准，本着质量为先，经济高效原则。

四、影响RTK 成果精度的因素

一般来说, 影响RTK 成果精度的因素主要是： GPS 观测误差源、基线解算精度、基准站的点位精度、坐标系转换精度的影响及量测误差。只要在 RTK 作业设站时避开易产生不良影响环境；使基线解算精度要示达到1:100000； 基准站的点位精度平均在3cm 之内；坐标系转换平面精度3cm以内,高程采用曲面拟合， 在RTK作业时必免仪器对中偏心, 天线高量准就可提高测量精度。

五、结束语

RTK 技术是GPS定位技术的新的里程牌,它不仅具有GPS技术的所有优点,而且可以实时差分获得高精度观测结果,大大提高了作业效率，并开拓了GPS新的应用领域。随着RTK 测量技术的不断发展、完善, 将更加充分的显示出这一技术的高精度和高效率, 它将在道路工程勘测设计、施工过程中发挥重要作用。

[1] 徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民. GPS卫星测量原理与应用. 武汉测绘科技大学出版社，1998.

[2] 交通运输部. GPS在公路工程控制测量中的应用

TU325

1674-3954（2011）03-0120-01