GPSRTK在高速公路中的应用

摘 要：传统的高速公路施工测量放样工作非常辛苦，而且繁琐，存在着复测时间长、工作效率低等诸多问题。RTK的广泛应用最大限度地减轻了测量人员的劳动强度，提高工作效率和放样精度。将GPS测量技术与数据传输技术结合起来，形成了RTK技术。这项技术在很大程度上提升了GPS测量精度。

关键词：GPS RTK；高速公路；应用

1 RTK技术概述

RTK除了作静态布设控制网外，还可作实时动态监测。基于载波相位观测，RTK测量技术能够实现实时差分GPS测量。主体思路为：将1台GPS安装在基准站上，做为接收机，持续监测可视范围内的GPS卫星，同时借助无线电传送设施，及时把观测信息传送至用户监测站。在用户监测站，GPS接收机一边接收GPS卫星信号，一边接收观测数据，其是由基准站传送，这一过程需要用到无线电设施。之后，参照相对定位原理，实时对整周模糊度进行解算，求出未知数，同时对显示用户站的空间坐标以及相关准确度进行运算。经过实时运算，获得定位结果，由此可以评估监测基准站以及用户站的观测成果的质量，以及判断解算结果的收敛状况，对解算结果的正确性进行实时判断，进而避免发生冗余观测量，减少观测用时。

构成RTK测量系统的主体有：GPS接收系统、数据传送系统以及软件部分。其中，发射电台（位于基准站）、接收电台（位于流动站）构成了数据传送系统，这一系统在确保动态测量的实时上起着主要作用。软件部分的作用为：对流动站的空间坐标进行实时解算。在传承GPS测量技术优势的基础上，RTK测量技术还兼具观测花费时间少、实时解算等优势。所以，对于生产效率的提高有很大好处。如果应用快速静态测量途径，在15千米区间里，实时动态定位的准确度能够达到1至2厘米，在高速公路施工中，针对放样测量工作有很好的适用性。

2 RTK技术基本原理

目前，RTK技术的全称是：实时动态载波相位分技术。此项技术的定位已经达到了厘米级的精确度，在常见的工程测量中，能够充分满足其精度需求。

RTK技术集成了多项技术成果，如大地测量技术、空间技术、卫星技术、无线电通信技术以及计算机技术，能够广泛应用在诸多领域。RTK的三大构成主体有：基准站、诸多流动站以及通讯系统。构成基准站的设备有：GPS接收机以及天线、无线电通信发射机、电源、基准站控制仪等。组成流动站的主要设备有：GPS天线以及接收机、手簿等。

在测量过程中，全部卫星信息传送到基准站，后者随即将其连同自身信息传送至移动站。可见，每个移动站接受的信息来自两方：卫星信息、基准站信息。当移动站进行初始化之后，基准站信息便可以被控制器接收，后者会将移动站的空间坐标显示出来。RTK系统能够高速、精确解算整周模糊度的原因主要为：该系统的算法非常快速。这些高速算法，包含函数法、最小二搜索法、组合波搜索法以及高速分解法等。RTK技术的优势主要建立在快速数据传输技术基础上。

RTK的基准坐标系统为WGS-84系统。后者将前者所有的观测值与解算结果都包含在内。现今，我国应用的坐标系为1980国家大地坐标系。以往为一些区域性坐标系统，如1954坐标系、各类工程坐标系、城市坐标系等。所以，在实际应用中，需要把RTK基准坐标系统（WGS-84系统）转换成地方坐标系统，因此，一定要掌握两者间的转换系数（平移因子、尺度因子以及旋转因子）。

3 RTK技术在高速公路中的应用

3.1 构建高速公路控制系统

在高速公路施工中，测量任务主要有定线、平断面测量、定位测量三大任务。要圆满完成这三大任务就必须建立一个高精度的、布局合理的整体控制系统，其优劣将直接影响GPSRTK技术的效果。控制系统的构建可采用GPS作静态测量构建时应精心选择原有（提供）的控制点并将加密的控制点纳入同一坐标系统中去（即建立了本段高速的控制网）。

本段高速公路控制系统中各控制点的作用之一是为了设置GPSRTK基准站，因此要求新设控制点应设置在地势较高、视野开阔，控制点的周围不得有高度角度超过10度的障碍物，在控制点100米范围内不能有强电磁干扰（无线电台、高压线、微波等），及不能有导致多路经效应的GPS信号反射体（比如大机积水域、高大建筑物等）。

3.2 坐标系统转换参数和确定

将基准站安置在符合要求的新设控制点或旧有控制点上获其WGS-84坐标将移动站安置在基准站控制范围尽可能远的另一符合要求的新设控制点或旧有控制点上，可解算出四参数或七参数须架设俩个点，适合本段高速公路的施工测量任务。

3.3 RTK在高速公路上的施工放样

将基准站架设在已知控制点上，或随意架设在一个符合条件的控制点，打开工程之星软件，建立新文件，输入已获得四参数或七参数，根据工程的需要，将移动站设置在工作点（比如线路中桩，平断面点，待放样点等）上。根据工程的需要，可同时使用多个移动站。基准站与移动站的距离一般不超过15km。放样时，要等到出现固定解，这样才能满足工程的精度。

4 RTK坐标系统的转换

（1）当基准站已知坐标系统为WGS-84系统时，移动站也要应用此坐标系统，那么就无需转换坐标系统。

（2）当基准站已知坐标系统为WGS-84坐标系统，而移动站应用的为地方坐标系统，那么需要用到两者的转换系数，将之输入到基准站上。

（3）当基准站应用的坐标系统是地方坐标系统，而移动站为

WGS-84系统时，那么需要将地方坐标系统、两个坐标系统间的转换系数输入到基准站，同时将WGS-84系统应用在移动站。

（4）如果基准站应用的地方坐标系统，而移动站也为地方坐标系统，那么将地方坐标系统输入至基准站，同时将基准站输入为地方坐标系统与WGS-84坐标系统间的坐标转换参数。

5 RTK作业的影响因素

一些因素会制约RTK的作业，因此需要避免。GPS综合系统的局限性导致了这些不利影响因素的发生。例如，当处于树林茂密的地区时，GPS接受信号的能力很差，GPS要实现精确可靠的定位必需有5颗适当分布的卫星。此外，RTK传输数据链也会导致自身不利因素的发生。RTK数据链工作时，其周边电磁环境、作用范围都会在很大程度上影响其工作效率。

6 利用TOPCON（GPT-7001）全站仪进行检查

在泉州南惠高速公路NHA1合同段中，利用南方S-82静态布设和复测控制点，实时动态放样线路中桩和定线。断面测量的成果进行复核，其精度完成符合设计要求，RTK静态测量点位和高程的精度在1厘米和2厘米以内。

7 结束语

在控制测量，以及高速公路施工的放样环节，RTK有着很好的适用性。与以往的测量仪器相比，其在测量上表现出诸多优点，如用时短、耗费人工少、精度高等。但是在一些方面，还需要逐步完善这项技术。在开展测量工作中，应重点关注基准站的选址，应尽量选择中心点、制高点、空旷区域，同时周边没有磁场作用，从而保证移动站接收信息的质量。另外，要整体平差观测成果以及首级控制成果，通过这一动态观测平差过程，能够获得较高的精确度。

作者简介：杨建忠（1971-），男，福建莆田人，中交第三航务工程局厦门分公司，大专学历，研究方向，工程测量。