GPS-RTK技术在高速公路测量中的应用

文／南昌市公路勘察设计院 陈晓 陈超

关键字：GPS-RTK；全站仪；公路测量

1 GPS-RTK技术的定位模式

1.1 快速静态定位模式

快速静态定位模式，是指在不移动的状态下进行观测，利用接收设备在固定测量点，通过卫星传输GPS信号，实时定位各种坐标，这种方法测量精确度高。相对于传统全站仪测量法，会时刻受到各种外部环境影响，一旦遇到特殊情况，根本无法完成测量工作。RTK技术在这方面优势明显，可以用更短时间，完成更多的测量工作。这些情况说明，在实际的公路测量中，运用RTK快速静态定位模式，可以弥补传统全站仪测量的不足，这种方法已经成为当前测量应用的主流[1]。

1.2 动态定位模式

动态定位并不是从一开始就在运动状态下进行测量，测量前必须做好准备工作，首先在静止状态下进行测量，完成准备工作，然后在运动状态下按照事先设计好的方式运行。此外，新设备可以自动检测各种数据，结合相关数据信息，第一时间得出检测点的具体位置信息。此外，相关研究表明，测量工作的精度已经达到极高水平，这给测量工作带来了极大便利。动态测量对于公路测量有着非常重要的作用，只有深度挖掘这一技术的各项潜力，才能更好地完成公路的各种测量工作。相对于使用传统全站仪进行测量来说，这种方法不需要进行通视，优势明显。

2 GPS-RTK技术的优点

2.1 提高了作业效率

运用GPS-RTK技术进行测量时，并不需要准备很多站点，而且这些站点也不需频繁地进行转移，一个站点可以覆盖的范围较广，半径达到十公里以上。因为覆盖范围较大，使得转移站点的频率降低，这样大大缩减了测量时间，节省了人力资源和成本，相对于全站仪测量法，每组需要的人手可以减少两个人。这种方法在山区公路的建设中发挥着巨大作用，拥有传统测量法无法替代的优势，大大减少了很多野外工作量，节约了体力和时间。

2.2 定位更加准确

RTK在不同点的测量数据都是自成一格的，前后测量工作数据并不互通，且并不相互串联，所以不会因为前面数据出现误差，导致之后数据出现同样错误，这样可以有效地把误差控制在一个范围内，便于查漏纠错。RTK测量技术在覆盖范围内，无论是纵向或者横向，都可以达到非常高的测量精度[2]。

2.3 测量站点之间不需通视

GPS-RTK测量技术完全可以利用电磁波进行信息传输，几乎可以完全不受各种野外地质条件的限制，在选择测量点时需要考虑的因素相对较少，选址范围更加宽广，可以更快速的建站，而且24小时都可以不间断的进行测量。

3 GPS-RTK技术在高速公路测量中的应用

某地区规划新建一条高等级公路，需对走向范围内地形、地物进行修测，根据项目特点拟定项目测量工作步骤如下：

3.1 总体方案与技术路线

收集已有的1∶2000、1∶10000地形图资料，分析资料坐标系统、高程基准、现势性等是否满足需求，并明确资料的利用方案。收集已有的数字正射影像资料，分析资料坐标系统、高程基准、现势性等是否满足需求，并明确资料的利用方案。收集已有的基础控制资料，用于带状地形图的更新与测绘。收集拟建道路走向范围的专题资料，用于带状地形图测绘范围的确定、专题信息的提取等。对于某省卫星定位连续运行基准服务平台（SCCORS）信号覆盖的测区，可采用CORS信号直接发展图根进行控制测量。对于无（SCCORS）信号覆盖测图区域，需布测基本控制网，基础控制点布设数量须≥3点，并和高等级控制点进行联测。

3.2 控制测量

首先是布网要求，E级GPS网要求相邻控制点平均距离为3km，沿山脊每1.5公里不低于2个施工控制点[3]。E级控制网可采用边连式与网连式相结合的联测形式，网中不允许出现自由基线。控制网中最简异步环或附合线路的边数不得大于8条。其次是选点要求，GPS点周围应视野开阔，视场内障碍物高度不宜超过15m，距离强发射源不小于200m，距离高压线和微波无线电传送通道不小于50m，避开强烈反射卫星信号等大型建筑物。所有点的埋设均应有利于长期保存，交通方便。控制点应便于发现与寻找，所有点位必须观测方便。接着是标石规格和埋石，预制混凝土标石，标石上底200mm×200mm、下底400mm×400mm、高400mm；点标芯采用Φ20mm，长200mm带钩钢筋，上锯“十”字标芯露出标石面5mm，标芯要安置在标石中心；混凝土选用C20号，表面平滑；挖好坑后，下方夯实，再下放标石，最后回填土并进行夯实至封口。埋石时使字头向正北。最后是GPS测量要求，包括主要技术要求、观测要求、检查观测数据、计算网平差以及分析结果精度。

3.3 高程控制测量

高程控制测量满足四等水准测量精度要求，全区高程控制点与平面控制点共用。测区已知水准点稀少且距测区很远，不适合进行水准测量，如采用常规水准测量难以保证高程测量的精度。故本项目的高程控制测量采用基于高精度似大地水准面模型GPS高程测量的新技术进行施测。基于高精度似大地水准面模型GPS高程测量的原理为：似大地水准面到地球椭球面的距离称为高程异常（ξ），三者间的换算关系如下：HY=H-ξ（注：HY为正常高，H为椭球高，ξ为高程异常)，根据上式可知GPS高程测量的精度主要取决于椭球高的测量精度和高程异常的精度。GPS相对定位能够精确地测出地面点的椭球高（精度达10-7量级以上），利用高精度大地水准面可得到精度高的高程异常数据，这样就可以进行高精度的GPS高程测量。为检验计算的精度，测区内要联测分布合理的水准点，利用高精度似大地水准面模型获得的正常高程和已知水准高进行比较，以检验GPS高程测量精度。

3.4 图根测量

（1）图根控制测量可采用GPS-RTK方法和布设图根导线测量方法施测。

（2）图根点标志尽量采用固定标志。位于水泥、沥青等地的普通图根点，须刻十字或用水泥钉、铆钉作其中心标志，周边用红漆绘出方框及点号，方框规格：12cm×12cm。埋石图根点标石规格为上底12cm×12cm,下底18cm×18cm，高40cm。临时标志宜采用5cm×5cm×30cm的木桩、钢钉或其他标志。城市建设区和工业建设区需要埋设适当数量的标石图根点。图根点（包括高级控制点）的密度，连片补测范围面积小于1/3幅图，可以不埋石，采用临时标志（采用钢钉或木桩），但应保证检查时清晰可见。补测范围在1/3幅到2/3幅的埋石不少于2个；大于2/3幅按1幅图计算，每幅图不少于4个（含等级点、图根点）。

（3）图根点测量时，坐标转换参数可直接应用测区GPS二维约束平差所计算的参数，也可以在测区现场通过点校正的方法获取。

（4）图根点高程的测定，通过流动站测得的大地高减去流动站的高程异常获得，流动站的高程异常可以采用数学拟合方法、似大地水准面精化模型内插等方法获取，也可在测区现场通过点校正的方法获取。

（5）布设的图根控制点应保证每个控制点需有一个以上的通视方向。

3.5 居民地测绘工作

在居民地，因架空线和房屋遮挡，导致RTK信号差，在其不能满足精度要求时，就需要改用全站仪进行地物修测，结合测图所要求的比例尺不同，综合取舍不一样，且外围轮廓必须准确测绘，应将内部主要街道及较大空地区分出来；对散列式居民地、独立房屋应分别测绘。

3.6 结果整理

计算完成后，对计算成果进行整理，完成GPS测量报告的编写。观测文件要转换为RINEX标准格式(RINEX数据中需要包括点号信息)，天线高应改算至相位中心提交，测量报告中应包含观测手簿、重复基线较差、同步环闭合差、异步环闭合差、无约束平差报告、约束平差报告、联测网图、成果表等。

4 结语

随着社会的不断进步，人们意识到新技术带来的极大便利，在公路的测量工作中，GPS测量技术，相对于传统的测量方法，有着明显优势，因此得到广泛运用。它不但弥补了传统测量方法的种种不足，还做出了进一步改进和加强。但是GPS技术并不是万能的，只有将传统的全站仪测量技术和最新的GPS结合起来运用，即GPS-RTK技术。才能更快更好地完成公路测量目的。