安治国，陈胤璇，陈金龙，张龙飞（解放军61243部队，甘肃　兰州730020）



实时动态GPS在公路勘测中的应用研究

安治国，陈胤璇，陈金龙，张龙飞
（解放军61243部队，甘肃兰州730020）

摘要：介绍了GPS-RTK基本原理，阐述了其在公路测量中的优越性，通过实例分析了GPS-RTK技术在公路测量中的精度高、高效性等特点，展望了其巨大的应用前景。

关键词：GPS-RTK；放样；勘测

1　概述

全球定位系统以其高效、精度高、测量简单而备受推崇，它是目前测量中应用最为广泛的方法之一。随着处理软件的不断革新，GPS在公路测量中也得到了广泛的使用。传统公路施工测量步骤及其存在一定的问题：施工单位进场后，对业主提供的控制点进行复测、加密，成果报监理部门批准后，施工单位才可对公路中桩和边线放样，在整个施工过程中，施工单位要不断地对公路中桩和边线复测检核，防止欠量或超量，造成不必要的损失，每一施工阶段结束后，要进行阶段性竣工测量，接受业主的验收。施工单位传统上都习惯用全站仪、水准仪对整个施工过程进行监控，这是因为全站仪原理和技术普遍被测量人员熟知，且由于价格低廉而被广泛应用在各类测绘当中。但由于在施工线上往往有很多树林、水域、居民区，而业主提供的控制点又都是相隔3～5km的GPS点，彼此很少通视，这给用全站仪的用户带来很多烦恼，他们不得不多加密几个支导线点，不厌其烦地搬站、架仪器、后视、指挥镜站。同时也带来了精度的损失。用全站仪放样时，是山测站指挥镜站到相应的桩号或断面，速度极慢，距离远时，还会带来信息交流上的障碍，因此动态GPS尤其是GPS-RTK技术在公路测量尤其明显的优势。

2　GPS-RTK基本原理及其工作流程

2.1GPS-RTK的工作原理

GPS-RTK实时动态定位技术是以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术。它的基本形式是一台基准站和一台或多台流动站，以及用于数据传输的通讯电台。在RTK作业模式下，基准站和流动站要保持同时跟踪至少5颗GPS卫星，基准站不断的对可见卫星进行观测，并把带有已知点位信息通过电台发送给流动站，流动站将自己收到的卫星信号连同接收到的基准站的数据组成差分观测值实时进行处理，解算出流动站的瞬时三位空间坐标。

2.2RTK作业模式的基本流程

RTK测量前首先要进行必要的坐标系匹配，取测区有代表性且能覆盖测区的控制点，其总数应大于3个，且它们具有国家坐标系坐标或地方坐标系坐标，同时也具有同一GPS网下的WGS-84坐标，坐标系匹配的实质是求取局部坐标系统的转换参数；测量的第二步是进行相应的测站参数设置，基准站和流动站根据相应的菜单提示分别进行必要的设置；测前准备的最后一步是进行必要的电台设置。各项准备工作完成后，就可以进行正式的测量了。

3　利用GPS-RTK进行公路测量

3.1GPS用于首级控制

以某公路测量为例，设计线路经过地属山地和平原地形，山地植被以松、杉树和灌木为主，平地以农田为主，植被发育茂密，通视条件困难。村镇居民地基本以集团式为主，地形地貌复杂，沿中心线附近有国道及县乡道路相通，交通基本方便。本次测绘主要任务对中桩、界桩放样、权属调查，作业依据《公路勘测规范》。根据地形条件与曲线要素确定中桩间距，不同中桩间距见表1。

此次测量通过联测已知点，沿设计路线共布设了290个左右的GPS点作为此次测量的首级控制点，外业观测采用静态测量模式，图形均采用边联式构网，基线边的有效观测时段不小于45min，图形几何强度因子PDOP＜6，卫星高度角大于15°，有效卫星观测总数不小于5颗。观测数据的基线解算在软件Gpsurvey中进行处理，平差采用TGO差软件进行网平差处理，测设的GPS点最小点位误差± 1.2cm，满足GPS网的精度要求。

表1　中桩间距(m)

在GPS网平差的基础上，在测区内均匀的选择了7个四等点，用这7个点的54北京坐标与WGS84坐标用软件求出本区域WGS84与54北京坐标之间的七个转换参数。并把这些转换参数预存在GPS接收机的电子手簿内，用于软件处理并实时输出数据。

3.2GPS-RTK用于中线放样

在控制测量完成后，利用软件自带的道路设计模块根据技术要求对线路进行设计。软件自身会根据技术要求计算出去曲线长度等线路信息，完成后将所有信息导到外业控制器，此时按照相应的要求进行必要的基准站、流动站及电台的设置，设置完后可以进行正式的放样工作了。放样过程中控制器软件会自动提示放样的精度，当坐标偏移量在容许范围内时，存储测点的三维坐标。

3.3GPS RTK与全站仪放样方法比较

放样过程中为加快工作进度，在使用GPS RTK技术同时，又采用全站仪进行放样及补桩，本次测量采用仪器标称精度为测角±2″，测距±(3mm+ 2ppm)，根据原有1:2000带状地形图沿设计线判断需加桩地形统计坐标与设计里程逐桩坐标（或每隔5m）组成数据文件，通过通讯程序，编缉格式把放样坐标、控制点成果传送到全站仪(存储卡满足要求)，避免了手工输入的粗差。外业放样时两个作业员组成一组，在原控制网基础上进行放样，受通视条件的限制，支站数受到限制，还需发展二级导线，才能满足放样的精度要求，见表2。

表2　RTK与全站放样的比对表

RTK动态定位在公路勘测阶段应用，放样一个点位仅需2～4S，精度也可以达到1～3cm，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。

4　GPS-RTK测点的精度分析

4.1测量精度分析

在RTK进行测量中，很重要的一道工序是流动站必须在已知测量控制点上对动态测量精度进行检核，以检查转换参数计算和参数设置是否正确。表3为10个控制点上的比对结果，从表3可以看出，检测数据中，平面差值最大值0.013m，高程差值最大值为0.030m，动态测点平面位置中误差为±0.009m，高程中误差为±0.020m，精度比较高，能够满足工程本身的要求，图1可更为直观的反应测量精度，同时也反映了GPS测量时高程精度。

表3　控制点坐标较差比对表

图1　三维坐标较差统计

4.2误差源分析

影响RTK观测值的精确性和可靠性的因素很多，主要包括：星历误差、卫星数、卫星图形、大气状况、基线长度、数据链硬件条件及数据处理软件等。不同的误差源有不同的应对措施，测量时可根据具体情况采取相应的措施，如卫星图形可根据软件预报功能查看未来情况，以确定野外测量作业计划。

5　结束语

GPS-RTK技术应用于公路勘测中，通过实际测量可以看到，它能够实时定位，精度好、效率高，如果把RTK用于公路控制测量、铁路线路控制测量、水利工程控制测量、大地测量、大比例尺地形图测量，不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率。随着通讯等技术的进一步发展，网络RTK技术也随之应运而生且技术越来越成熟，GPS RTK应用必将得到革命性的发展和应用。

参考文献：

[1]魏二虎、黄劲松，GPS测量操作与数据处理[M]武汉大学出版社；2004.

[2]李引生,周朝义,王海滨.GPSRTK定位的几项关键技术问题分析[J].勘察科学技术，2005（2）：52-54.

[3]黄新祥.GPS及其RTK技术在公路勘测中的应用探讨[J].地矿测绘.2005,21(1)：26-27.

[4]李朝阳,陈龙珠,陈进杰.基于GPS-RTK技术定测铁路新线的应用探讨[J].测绘通报.2005（1）：42-43.

[5]林玉祥,梁金宏,王英杰.GPS-RTK在辽宁滨海公路勘测设计中的应用[J].辽宁省高等专科学校学报.2005（3）：37-38.

[6]徐振峰.GPS在公路控制测量中的应用[J].山西建筑. 2011（1）：198-199.

[7]苗畅慧，石长城，张学栋.浅谈GPS在公路控制测量中的应用[J].科技资讯.2008（7）：239-240.

[8]朱爱民，梁剑铮.GPS在公路勘测中的应用[J].济南交通高等专科学校学报，2001（2）：30-32.

中图分类号：p228.4