浅谈公路测量中GPS—RTK技术的应用

刘淦

【摘 要】随着GPS技术的快速发展，其应用已经遍布各种测量领域。GPS在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测技术和测量方法产生了革命性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率， 特别是GPS实时动态差分RTK技术的迅速发展和进步，在常规的公路测量领域里得到了越来越普遍的应用。

【关键词】GPS-RTK技术；公路勘测；应用

1.GPS-RTK技术的由来和发展

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。GPS已在测绘领域引起了革命性的变化，目前，范围上数公里至几千公里的控制网或形变监测网，精度上从百米至毫米级的定位，一般都将GPS作为首选手段，随着RTK技术的日趋成熟，GPS已开始向分米乃至厘米级的放样、高精度动态定位等领域渗透。现如今使用国产RTK已经很普遍（南方、上海华测、中海达等），性能也比较稳定，只是软件方面有待进一步完善。

RTK（Real Time Kinematic ）实时动态测量系统，是集计算机技术、数字通讯技术、 无线电技术和GPS测量定位技术为一体的组合系统，是基于实时载波相位差分的实时动态定位技术，是 GPS测量技术发展中的一个新突破。RTK定位精度高，可以全天候作业，每个点的误差均为不累积的随机偶然误差。且外业操作简单，只需一人，属于真正的一人操作系统，其平面精度可以达1cm+1ppm，高程精度可以达到2cm+1ppm，完全可以满足公路测量的精度要求。

RTK 又可细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流动站 ，改正流动站接收到的载波相位，流动站再求解坐标，也称准 RTK；差分法是将基准站采集到的载波相位，发送给流动站，再由流动站求差解算坐标，又称真正的RTK。

2.GPS-RTK技术的特点

2.1 RTK的设备组成

RTK测量系统一般由以下三部分组成：GPS 接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，是实现实时动态测量的关键设备。

2.2 GPS的软件作业环境

RTK要求实时提供移动站指定点的三维坐标，并完成相对应的坐标转换和投影计算，将GPS所接收的WGS84坐标转换成自己所需的当地坐标或工程坐标。此过程都在RTK手簿软件中完成。

2.3 GPS的测量方法

动态及差分技术适合于实时或后处理测量，快速静态技术适合于后处理测量。

2.3.1实时动态测量

实时动态测量一般用5个或更多卫星到基站和流动站的相位进行测量。为了得到厘米级的测量精度，测量前必须初始化。

测量中，若收到的卫星数目少于四颗一下，当卫星数升至4颗或以上时，需要重新初始化。

2.3.2静态测量

静态测量可以用作是最高精度的测量，但其所需时间根据边长长短大约要30分钟至1.5小时。静态测量需要经过后处理才能得到高精度的数据。

静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量；快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量；而RTK 系统整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点，完全可以满足数据采集和工程放样的要求。

3.RTK在公路测量工作中的应用

3.1用于工程放样测量

首先确定控制点及其坐标系、坐标转换参数的求解方法。把放样点的坐标或线及桩号成批地存入掌上电脑RTK手簿中。选择地势高、无干扰、宽阔的已知点架设基准站，设置好基准站，使接收机至少能收到5颗以上卫星，数据链发射正常，测量人员设置好流动站，在快速初始化完成后可以开始作业。从RTK手簿中读取当前测量点距放样点或线的纵横坐标差Dx、Dy、S以及方位，并以图形方式显示出来，同时显示测量的点位精度水平，当精度水平达到期望值时可结束该点的放样，操作起来比较直观、方便。采用RTK放样，单人就可以作业，工作效率很高。同时，作业时不必布测常规的导线，节省了大量的人力，在道路条件差的地方相当方便。如在某厂区的道路放桩中，该地区灌木、小叶树密度高，如果用全站仪放桩，必须花费大量的人力去砍树开路以便通视，并且还需要布置导线，采用RTK方法能够省去这些艰难的工作，常规方法需要10天的工作，使用该方法约2天即可完成。高程测量方面，GPS测量的高程误差与常规水准不同。它主要取决于拟合面与大地水准面的符合程度。

3.2 RTK技术用于定位测量

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中可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS前端数据采集。

（1）动态定位测量前需要在一个控制点上静态观测数分钟（有的仪器只需2～10s）以进行初始化工作，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±（1～3）cm，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，静止地进行观测。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5～10 min（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1/5，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。

3.3 RTK用于控制测量

由于RTK测量在20km内点位平面标称精度为±3cm，根据控制测量规范要求Ⅰ级导线点的点位误差为±5cm，从理论上讲RTK测量完全可以满足Ⅰ级以下导线点的技术规范要求。在某工程道路放桩RTK测量中，我们对距离基准站1～6km的一些四等GPS控制点采用一点法进行检核比较，结果表明平面坐标分量最大差值为3.1 cm，高程最大差值为4.9 cm，完全符合Ⅰ级导线点的规范精度要求。某工程1∶1000数字地形图测绘任务，测区长约7km，宽07km，面积约5km2。整个测区采用Ashtech Z-X双频GPS接收机，用静态法共布测了5个四等GPS点，21个一级GPS点，点位均匀分布，最弱点点位中误差Mx为±40cm，My为±3.9cm，并联测了四等水准高程。为了进一步检核Ashtech Z-X双频GPS系统的测量精度，采用GPS控制点联测法均匀地检测了其中12个GPS控制点，基准站布设在测区中间。GPS测量坐标值与静态联测法坐标值的较差X坐标中误差为±3.1cm，Y坐标中误差为±2.3cm，H高程中误差为±5.0cm，结果完全可满足Ⅰ级导线点（5点以下）的规范精度要求。尽管GPS测量的标称精度及实测精度完全满足Ⅰ级导线点5点以下的规范精度要求，但目前的规范对利用GPS测量进行Ⅰ级导线甚至更高精度的控制测量，其采集数据的方法、数量等还没有明确的规定，因此还需要用大量的实践来证实。 [科]

【参考文献】

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