浅谈RTK在公路勘测设计中的应用

张景芸

(新疆立弓交通勘察设计研究院)

浅谈RTK在公路勘测设计中的应用

张景芸

(新疆立弓交通勘察设计研究院)

公路勘测设计中测量仪器及方法也在随着时代的发展而日新月异，它历经了光学经纬仪测量、光学经纬仪与光电测距仪联合使用测量、全站仪测量、RTK测量以及卫星遥感技术测量，由于卫星遥感技术成本高，还未全面普及，一般勘测中很少使用，主要结合实际情况介绍RTK在公路勘测设计中的应用。

RTK;公路勘测

1 RTK

RTK(Real-time kinematic)是指实时动态载波相位差分技术。这是一种新的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业勘测效率。

目前市面上使用的RTK均以美国的全球卫星定位系统为基础，而我国自行研制开发的北斗系统目前已可以覆盖亚洲区域，但还未对民用进行普及，北斗系统在不久的将来也将发展为全球卫星定位系统。

2 工作原理

在工作环境中，RTK测量必须有一个基准站和至少一个移动站进行配合使用，基准站与移动站同时观测卫星数据，基准站通过发射电台把所接收的载波相位信号发射出去;移动站在接收卫星信号的同时也通过其接收电台接收基准站的电台信号;在这两信号的基础上，移动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确地定出基准站与移动站的空间相对位置关系。移动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量。

3 优点

(1)全天候作业;(2)解决不通视问题;(3)定位精度高;(4)提供三维坐标;(5)测量时间短;(6)操作简便。

4 缺点

RTK测量也有缺点，它不能在靠近高建筑及密林的地点测量，那样会阻挡RTK接受卫星的数量，影响测量结果和测量时间，所以一般在穿越林带地区使用效果不理想;在塔什库尔干大同乡测量时，因路线位于两座高山之间叶儿羌河畔，山间距仅50～150 m，山相对高差约800～1 200 m左右，在实际测量中等待卫星信号的时间为5～10 min，信号持续时间仅3～5 min，RTK几乎无法测量。

5 测量方法

RTK测量一般分为以下步骤:(1)静态控制测量;(2)静态点水准仪高程测量;(3)实测。

5.1 静态控制测量

因不同品牌的RTK电台辐射范围有所不同，一般对路线长度在RTK辐射范围以内的道路测量(即基准站不用搬站的情况下)，不用做静态控制网，但对于较长的路线，一般指路线长度超出RTK电台辐射范围的道路，必须做静态控制以满足其平面精度要求。静态控制测量必须采取三角网方式进行，最理想状态是将三角网摆成等边三角行，但一般情况下受地形地物影响是不可能实现的，可根据实际情况将控制点三角形三边平均边长不大5 km即可，但切忌将控制点摆放在一条直线上。静态控制测量可以得到各个静态点的三维坐标，通过RTK专用软件将各个静态点的三维坐标解算后即可将路线全线纳入到一个统一的控制网中，得到三角网控制点坐标，为后面的测量作业提供保障。

5.2 静态点水准仪高程

一般情况下可量取RTK的仪器高后输入计算机程序与平面数据一同进行平差计算，但这种方法随着地势高差的不同，其高程精度也不同，在实际测量过程中总结出如下结论。一般地势平缓地区高程精度在0.003～0.08 m之间(该数据为“阜康500水库—米泉市—五家渠—昌吉—呼图壁县西沿干渠伴行公路改建工程”勘测中的实测数据)，对于山区道路高程精度一般在0.005～0.25 m之间(该数据为“伊宁县喀拉亚尕奇乡—曲鲁海乡—城东加油站公路工程”中的实测数据)，从以上数据可知RTK的高程数据是不可用的，其精度无法满足道路测量要求，这时就必须将RTK测量的高程数据进行修正，否则测量出来的数据中仅平面坐标(X、Y)是准确的，而高程数据(Z)是错误的，它将随着路线的长短而产生累计误差，累计到路线末端将会与实际高程产生很大的偏差，少则几十厘米，多则1～2 m都有可能，比如在“阜康500水库—米泉市—五家渠—昌吉—呼图壁县西沿干渠伴行公路改建工程”中RTK产生的高程累计误差与水准仪测量数据相比较偏差为1.2 m。所以为最大限度地提高其精度，在实际测量中可采用如下方法:将静态控制点高程用水准仪进行测量，并将控制网解算后得出的高程替换为水准仪的测量高程，这样采用RTK测量的地形图高程精度就非常高了。

5.3 RTK实测

实测前应做如下准备工作:(1)将静态控制测量数据录入手簿;(2)先对某一个静态控制点进行单点校正并将校正参数输入其它RTK手簿中，为防止人为操作错误，应在另一个静态控制点上做校核观测，以确定数据无误;(3)根据RTK的数量将整个需测量地域划分为与RTK数量相同的片区，合理分工，每台RTK测量各自的区域，避免重复测量或漏测，从而提高工作效率。

测量的过程中，信号必须满足测量要求(一般不少于5颗卫星方可工作)。

6 数据处理

6.1 与CASS软件配套使用

RTK可直接进行地形测量，可以很简单地采集地面三维坐标，存于电子手簿中，再将外业采集的RTK数据通过专用软件转换为DAT格式并导出，而CASS软件(CASS软件是基于AutoCAD平台研发的地形地籍成图系统软件)适用于公路地形测量中的内业成图及处理，将DAT格式数据导入CASS软件中，该软件可将地名点转换为高程点并显示高程数据，最终根据三角网生成电子地形图。

6.2 与纬地道路、海地设计系统的使用

该公路设计软件都可以将数字化地形图地转化为数字化地面模型和公路三维真实模型，可通过纬地道路或海地设计系统在电子地形图上进行纸上定线及路线方案比选，确定最佳路线位置方案;在工程可行性研究或初步设计阶段，可在电子地形图上采用内插法获得路线纵断面地面高程、横断面地面线，并在此基础之上进行纵断面、横断面设计，取得相关工程数据;通过三维建模，可生成路线透视图，通过设置视点可以查看路线上任何桩号的透视图;利用纬地道路或海地实时漫游系统，可以进行三维动画模拟仿真。

比如在“福海县S318—黄花沟开发区公路项目”中，就是利用RTK测量地形数据后，通过CASS软件处理后生成地形图，然后将数字化地形图导入纬地设计软件中进行纸上定线，再将定线结果数据输入RTK手薄中进行路线放样。

7 结束语

RTK与CASS软件及海地、纬地道路辅助设计系统的联合使用，可以提高公路勘测设计数据的精度、缩短外业勘测时间，在公路勘测设计中有着广泛的应用空间。

U412

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1008-3383(2012)04-0004-01

2012-01-05