RTK技术在公路工程测量中的应用

刘其

中图分类号：[P258]

摘要：GPS技术在公路测量中的应用，极大地提高了测量的精度和效率，特别是GPS-RTK技术的应用，可以较好地满足公路工程的设计和施工中的定线、放样测量的精度要求。本文简要介绍了RTK地方化转换参数的计算和质量控制方法，并结合应用实例，探讨RTK在公路工程测量中的有关问题。

关键词：RTK技术；转换参数；质量控制；公路工程测量；精度

随着公路建设的发展加快，这就对工程的测量工作提出了更高的要求。常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，并且没能较好的满足公路工程的设计和施工中的定线、放样测量的精度要求。随着GPS技术的发展，GPS-RTK技术也得到日益完善，RTK技术在公路工程测量中也逐渐得到广泛应用，相对于以前采用较多的全站仪而言，提高了测量的工作效率和测点的精度，极大的促进了工程建设的进度及质量。

1 RTK地方化转换参数的计算

地方化是一个测量数据处理程序，而地方化转换参数是否合适直接影响测量成果的精度，而这种影响在实际上很难被发现。通过地方化使得测量工作能在实用的地方坐标系统中进行。地方化的步骤主要有3个：①第一步是把地心坐标系成果转换为参心坐标系成果，这是关键性的一步；②第二步是把参心坐标系下的经度和纬度投影到高斯平面上，因为该平面是一个平面坐标系统，所以很容易通过旋转、比例缩放和平移转换到另一个平面坐标系统中；③第三步是定义一个平面使它符合最初的大地高系统和地方正常高系统之间的高差。地方化的最终结果是把大地坐标转换到地方坐标系中。

1．1 经典三维7参数模型

如图1所示，两空间直角坐标系存在3个平移量缸△x0、△y0、△z0，对应的坐标轴之间存在3个微小的旋转角εx、εy、εz，两坐标系之间的尺度比(1+m)。在众多的三维转换模型中，Bursa—Wolf模型应用最为广泛。

图1 Bursa-Wolf模型转换原理

1.2 新三维转换模型

三维转换模型是最严密的转换模型。然而，实际工作中我们只能获得一点在国家坐标系中精度较高的经纬度和正常高，难以获得该点高精度的高程异常ζ，也难以得到高精度的大地高，也就不能获得该点在国家坐标系中的空间三位坐标。这给使用7参数模型带来了困难。

下面介绍一种新三维转换模型，其把高程异常ζ也作为未知数与7参数一并求解。

每增加一个公共点就会增加一个高程异常ζ，对n个公共点共有7+n个未知数，能列出3n个方程，可以得出，公共点个数不得少于4个。

2 RTK质量控制的方法

1)已知点检核比较法。这种方法要求测区具有一定数量的已知控制点，这些已知点可以是国家或城市控制网中的三角点或导线点，也可以是各种GPS控制网中的GPS点。它们中一部分参与测区转换参数的计算，另一部分用作RTK 测量的检核点。

2)快速静态比较法。这种方法是在进行RTK观测的同时，对某些RTK 点再进行一次快速静态观测，事后对这些点的RTK成果和快速静态成果进行比较分析。通过两种作业模式的比较，来检查RTK动态初始化的可靠性以及数据链的稳定性，从而检查RTK成果是否有质量问题。采用这种方法进行快速静态时，需要流动站和基准站约定好同时记录原始观测数据，因为在正常的RTK观测时，基准站通常并不记录原始观测数据。快速静态的采样间隔可以采用RTK 的采样间隔，观测时间视基线的长短可以为5～lOmin或更长的时间。

3)复测比较法。这种方法有两方面的含义：一是在每次迁移基准站后，先复测在前一基准站上已测过的RTK点l～3个，并现场比较其成果，从而判断数据链工作的可靠性。确认没有问题以后，才进行新的RTK观测。二是在每次重新初始化成功后，先复测附近已测过RTK点l～3个，现场比较其成果，从而判断这次的初始化是否正确可靠。确认初始化没有问题以后，才进行新的RTK观测。

4)电台变频法。这种方法是在测区内建立两个或两个以上的基准站，每个基准站都用各自不同的频率发射差分改正数据；流动站做RTK 观测时，其电台配有变频开关，可以选择接收不同的基准站发射的差分改正数据，从而在每个RTK点上实时地接收某一个基准站的差分改正数据，即可获得一个RTK成果；此后电台切换为另一个频率，又可接收到另一个基准站的差分改正数据，得到同一点的另一个RTK成果。实时地比较多个RTK成果的数据，就可以判断这次观测有无质量问题。

3RTK技术在公路工程测量中的应用

3.1 A高速公路工程实例

A高速公路第l标段测区中心的地理位置为东经123°，北纬41°。标段长约20km。测区大部分地区地势平坦，海拔高度70～110 m。该次控制测量作业仍采用省交通勘测设计院设计时使用的坐标系，3°投影带，其中央子午线123°。

观测使用Ashtech Z—X双频GPS接收机，GPS网采用RTK模式观测。应用快速对中支架对中，保证了快速对中的精度。观测时最少卫星数为5颗，存储的限差：水平为10 mm，垂直为20 mm，出现固定解后满足精度要求则存储，否则，查找原因重测。

以全站仪导线的平面坐标为可靠值进行检测。为了检测RTK平面控制点所能达到的精度，应用徕卡TC1 102电子全站仪，采用全站仪导线的方法，按I级导线要求，对22个RTK点进行了实测检查(见表1)。

表1 全站仪检测RTK点统计数据

其平面点位中误差为

(1)

全站仪精度较高，其检测的结果可视为可靠值，以上数值即可认为是RTK平面点位精度。

3.2 B高速公路工程实例

(1)实施过程

计算各待放样点的坐标，该路线采用10 m的倍数为整桩号，将测设点的设计坐标输入到GPS-RTK的手薄中。首先确定采用哪些点进行转换参数的计算，这些点应具有线路坐标和WGS-84坐标，若没有WGS-84坐标，则可在野外利用RTK技术实时测得。野外实测时基准站设置于视野开阔的已知控制点上，做好GPS接收机、数据链电台及电池等的连线工作，输入作为基准站控制点的坐标及其它一些设置参数后，启动基准站设备进入工作状态，数据链不断地发射校正信息，此时移动站可开始工作。移动站应从另一已知点出发，即先验证转换参数及参考站参数设置的准确性，通过与已知点进行坐标验证(实测点位与已有点位差在2 cm内)，吻合程度较好。然后测设各整桩和加桩的位置，在每次作业的最后应再次回到已知点上检查是否与已知数据相符，以保证实测数据质量。

本次放样选择以桩号为引数进行，当选择要放样的中桩后，将要放样的中桩桩号，按要求输入流动站手薄，手簿屏幕上立即显示当前位置(屏幕显示为实心黑点)及要放样的中桩点位(屏幕显示为方框)，并提示应往什么方向走，走多远，随着人的移动，流动站会随时解算所处的位置，并提示所在位置与中桩之间的差距。

(2)GPS—RTK放样的精度分析

本次放样工作显示，利用GPS—RTK技术测放中桩，平均每个工作日可测放中线4．5 km，每公里平均测放中桩35根。

为了验证GPS—RTK 的测量成果，做了如下的实验，首先将基准站架设置于已知控制点GO6(4 679 974．048，533 710．190，83．178)上，利用流动站测得3O个中桩点坐标。然后将基准站迁移到另一已知控制点GO8(4 680 817．717，533 475．457，71．805)上，同样利用流动站分别测得与前述相同的30个中桩点的坐标，通过比较两次测得的结果是否无限接近来验证测量的精度。

在检验中，除了采用上述方法外，还做了GPS-RTK的测量成果与全站仪测量结果的比较，对于相同的3O个中桩点分别用RTK技术和全站仪技术进行了坐标的测定，检验时采用徕卡80型全站仪，其测角精度为±2〞，测距精度为±(2 mm+2ppmD)，通过RTK观测得到与全站仪观测相比较的部分结果(见表2)。

表2 GPS与全站仪观测结果比较

通过比较2种方法的测量结果可以看出在2种方法下测得的同一中桩坐标差的最大值分别为

△Xmax=2.1 cm ，△Ymax=2.3cm

这些差值均在《公路勘测规范》(JTJ 06l 99)规定的容许范围内，说明GPS-RTK的测量成果从该角度看是精确可靠的。从上述定位精度一致性检验结果来看，各放样点之间不存在误差积累，内符精度较好，与全站仪测定结果符合得较好，可以较好地满足公路设计和施工中的定线、放样测量的精度要求。

4 结束语

总之，RTK技术不仅具备了GPS的所有优点，而且可以实时获得测量结果和精度。RTK技术的应用，是公路测量手段和作业方法的革命性变革，大大提高了测量的工作效率和测点的精度，极大的促进了工程建设的进度及质量。但是在实际应用中仍然受到某些限制因素的影响，相信随着科技的发展，将会RTK技术将会得到不断优化与改善，为公路工程的建设带来可观的经济效益。

参考文献

[1] 燕兴华，GPS-RTK技术在公路施工测量中的应用[J].科技信息,2011.25

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