GPS—RTK技术在道路工程施工中的应用

耿君 韩维佳 孔庆震

摘要：GPS-RTK技术是道路工程施工测量的新标准，它测量效率高、没有网络限制，也不受通视影响，而且网络分布方便，选点灵活，能够最大程度的提高测量工作效率，同时也可以确保道理勘测、放线精确度。随着GPS-RTK测量技术的不断发展和完善，这对于道路工程勘测设计、施工过程来说是有着积极的推动作用。本文提出了GPS-RTK的基本原理，介绍了GPS-RTK技术在道路工程施工中的应用。

关键词：道路工程；GPS-RTK技术；应用

当前的道路工程建设中，运用现代化测量技术是一个必要的手段，道路工程在进行施工时往往工期较紧，而且具体的工程内容较多，选择道路线形可能较复杂，道路施工测量的工作非常繁琐。考虑到道路测量具有测量线程长、精确度高、工期短的特点，利用GPS—RTK测量技术可以打破传统测量方法的局限性，更好地适应现代化的要求，同时也给道路测绘领域的发展带来了一场技术革命，具备的优势不可低估。

一、GPS-RTK的基本原理

1.GPS—全球定位系统的基本原理是利用卫星上的无线电发射台，形成卫星导航定位系统，根据无线电测距交会原理，在已知三颗以上卫星的空间位置的情况下，交会出地面位置点的位置。GPS 拥有实时性导航定时、定位功能，还具有连续性、全天候、全球性等特性，从而能够更加精密地提供时间、三维坐标、速度。GPS-RTK技术（GPS - real time kinematic），即实时动态 GPS 测量技术，以载波相位测量为依据，并把载波相位测量和数据传输技术完美结合起来。这种实时差分 GPS 测量技术，是 GPS 测量技术发展中一个新的重要突破。

2.实时动态定位系统（RTK 测量技术），主要是由无线电数据传输链、一个基准站和若干个流动站等三大部分组成的，该测量技术的应用原理就是取一个点位精度相对较高的首级控制点当作基准点，在流动站上设置一台接收机当作参考站，从而能够对卫星连续性地作出监测，并将接收于基准站上的观测数据，通过无线电传输设备根据相对定位的原理，在计算机上实时计算显示出这些流动站的测量精度和三维坐标。

3.RTK 系统中的基准站，一般情况下会选择一个拥有地势较高、视野开阔等特性的已知控制点上进行设置，它的功能就是连续性地跟踪观测 GPS 卫星，并将基准站坐标、载波观测数据及伪距观测值等通过无线电数据传输链实时地发送给各个流动站。流动站上的接收机不仅可以采集 GPS 观察数据，还能够接收基准站传来的数据，并且能够实时处理在系统内组成的差分观测值，最后就可以得出来自基准站和流动站的基线向量，如果用最后得出的基线向量再加上基准站的坐标就可以得到流动站所有点的坐标，再利用坐标转换参数原理，可以计算出流动站的三维坐标，精度能够达到厘米级。

二、GPS-RTK技术在道路工程施工中的应用

在使用全站仪、水准仪这些常规的地面测量仪器对道路工程施工进行测量时，会显现出自动化程度低、现场测量成果不直观、野外工作量大、作业人员和仪器设备多、测量误差累积、工作效率低等一系列缺点及局限性，在比较复杂的作业区内，这些局限性更为明显。相对于这些常规的地面测量仪器来说，GPS - RTK 技术拥有自动化程度高、所需控制点少、外业工作量小、精度好、快速、实时等方面的优势，这些得天独厚的优势使得GPS-RTK测量技术能够在道路工程施工测量中得到广泛的应用。

1.绘制大比例尺地形图。在进行道路工程选线时，一般都是选择大比例尺带状地形图，通常情况下是 1∶2000或 1∶1000。如果使用传统方法测量地形图，首先需要建立测图控制网，接着采用碎部测量的方法，逐步绘制成系统的大比例尺地形图，这种方法，不仅花费时间长、速度慢，还会导致相当大的工作量，浪费了人力、物力、财力。若采用GPS-RTK动态测量进行作业，在半径 5 km 以内，在所测区域内相对较高精度的首级控制点为基准点设站，在流动站上的接收机输入转换参数，采集碎部点的数据；或者先进行碎步点的测量后，再进行联测控制点的解算。因为只要采集碎部点的坐标和输入其属性信息即可，所以采集信息数据时，只需在每个碎部点上停留几分钟，就可以轻而易举地获得每个点的坐标，采集速度非常快，然后再用传输线连接，把数据下载到计算机，利用绘图软件画成图即可。当 GPS 信号严重受阻时，比如说测点在密林高山里且地势低洼，那么可以将GPS-RTK测量技术与全站仪测量结合起来测绘局部地形图。在实际应用时，就是将GPS-RTK技术测量设置必要的图根点，再结合使用全站仪碎部测量。实践证明，复杂条件下地形的测绘，是一个比较棘手的问题，GPS-RTK测量技术与常规地面测量技术的合理适当组合就成为解决此类问题的一条切实可行的途径。

2.工程控制测量。在控制测量大于 100 km 相对较长的道路，或者道路中间设有大型的建筑物時，例如互通式立交、隧道、特大桥等，比较科学合理的方法就是采用静态测量法。在一般道路工程的控制测量方面，比如对比较短的道路进行测量时，就可以直接使用GPS-RTK技术进行测量。这种方法在此方面的测量效率很高，当定位精度达到要求时，采集控制点数据的时间只需要几秒钟即可，这是因为点点之间只要有一个方向通视就可以了，不需要互相通视，因此，大幅度的提高了作业的效率。

3.道路中线测设。道路工程设计人员在给大比例尺的带状地形图上完定线后，还需要在地面将公路中线标定出来。这就需要采用GPS-RTK技术进行测量，只要将中线桩点的坐标传到 GPS 手簿中，系统就会自动定位出放样的点。这样的测量不会产生累积误差，因为每个点都是独立完成的测量过程，而且每个点的放样精准度也都趋向于一致。

4.交通沿线山体滑坡位移监测。在监测交通道路沿线的山体滑坡位移时，一般都采用近景摄影测量法、应变计监测法、宏观地质监测法以及大地精密测量法。但是其使用过程中，对那些难以用肉眼观察到、细小的却能够引起山体滑坡的位移变化，还没法实现准确的监测，精准度不太高，也会耗费相当大的人力、财力。山体滑坡发生前的位移偏移量很小，只有采用高精度的定位方法才能取得监测结果。常规的 GPS 监测方法无法实时计算，也就不能及时预警。GPS-RTK测量技术就可以解决这个相对棘手的问题，能够实时进行动态监测，并且达到厘米级的精度数据，从而实现对山体滑坡的监测。

5.放样测量。对于在道路施工过程中的坡度以及点、线、面等的放样，GPS-RTK测量技术都有其可利用的丰富的软件资源。在对道路施工过程的放样测量时，只要在预设好的测量电子手簿中输入必要的曲线要素，便可以自动生成需要的线路图。偏移距和测点里程等数据会实时显示在电子手簿上，这样在整个放线过程中，就能够轻而易举的对线路放线工作进行指导。

GPS-RTK技术在道路工程施工测量中有精确度高，测量迅速，不受通视、网形的限制，布网方便，选点灵活等优势，大幅度地提高了测量工作的效率，保证了道路勘测、放线精度，开辟了一条在道路工程施工测量中崭新的、切实可行的技术途径。金无足赤，这种新的科技产物也会存在一定的缺点，但是只要在施工测量过程中扬长避短，把其优点发挥到极致，再结合其他的测量工具和方法，就会拥有更广阔的应用空间。

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