涂荣誉，曹智翔，林孝松，程 植

(1.重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074；2.重庆交通大学 建筑与规划学院，重庆 400074)

1 引言

传统的测量技术在工程测量中效率相对较低，很多传统测量方式难以应对比较复杂的情况，导致技术人员需要投入较多的时间与精力[1]。针对传统测量的不足，将RTK技术引入工程测量后主要应用在控制测量、中线测量、纵横断面放样中：在放桩测量中使用一点法复核分析基准站附近的控制点按照2.5 cm左右的标准控制平面的坐标分量从而达到导线精度标准[2]。在断面测量中，可以不考虑分站测量和具体的断面方向，使用这样的技术，能够直观地获取断面真实的信息以及实地状况[3]。

目前，在无基站RTK技术方面，使用点对点的数据模块，将数据源作为其基准站，仅需一台接收机和通讯方法即可完成测量工作，即虚拟基准站(Virtual Reference Station)。在相关研究中，主要通过电离层加权策略，辅助基线模糊度的快速解算，采用扩展卡尔曼滤波(EKF)技术估计浮点模糊度，利用模糊度解算方法，最后通过最小二乘模糊度将相关(LAMBDA)算法和比率(RATIO)检测对模糊度进行固定解算[4]。但在进行测量时测量精度仍然会受地形限制、电离层干扰以及卫星数量等因素影响。

为了研究GPS-RTK技术是否能满足工程要求，笔者结合具体试验，对GPS-RTK技术在重庆交通大学南岸校区校园部分道路施工测量中的应用进行模拟研究。在传统的道路横断面以及土方计算过程中由于人工参与占比过多容易造成更多的误差，因此采用RTK进行横纵断面放样、CASS土方计算方法来替代传统测量方式，以降低测绘过程中可能造成的误差概率，保证所有监测点数据的准确性、连续性和可靠性，降低测绘人员的劳动负荷，提高测绘效率，提供科学比对参考。

2 设备与方法

2.1 设备采用

研究相关设备为接收机、天线、卷尺、脚架、手簿、RTK对中杆、电池(蓄电池)、南方测绘全站仪(2+2×10-6)、计算机、南方CASS软件和纬地软件等。

2.2 步骤及方法

(1)基础数据准备。在进行试验前，先获取相关资料，包括测区或测段的平面图、高程控制成果等，依照情况，进行基平测量、加密或者重新布设控制网。本试验用纬地软件进行道路设计，输出为实验所需数据。

(2)仪器设备准备。根据信息制定好方案后，测绘人员需确保所有需要的仪器准备完毕，包括接收机、天线、卷尺等。

(3)具体操作。基准站应设置在高一级控制点上；宜选择测区相对较高的位置；应正确设置基准站坐标、数据单位、尺度因子、投影参数等[5]。应在3 个方向上测量基准站仪器高度，基准站的卫星数量大于4 颗，小于8 颗，高度角设置在15°及以上。断开与参考站的链接，转而连接到移动站，在手簿上对流动站进行设置，输入天线高和转换参数。大多数情况下需要对2个不同的坐标系进行转换，选取3 个控制点进行联合测量，通过控制点计算4 个参数。

2.3 验证方法

根据GPS—RTK测量技术标准规范，RTK成果外业检查可以采用下列方法进行：①与已知点的比较检核法；②再次测量同一点的检验比较法；③已知基线长度的测量检验；④双基站实时检测法。

3 RTK技术在施工测量中的应用

3.1 道路纵横断面施测

纵断面是捕捉道路垂直走向的断面。传统测量中一般采用全站仪进行测量，要求有良好的通视效果，这就需要在施工过程中必须在设计时提供GPS控制点之间的布设导线，然后根据所提供的布设导线在点放样功能里面再进行导线测量和平差，最后才能进行放样工作[6]。一般情况下，RTK野外作业前，找到放样的各桩位置，需要在RTK手册中依次添加里程、高程、坡比、倾斜点竖曲线，还需要导入路段的线文件。在放样程序中，同时还需要在所需程序中有平面设计文件。

3.2 纵断面测量

路线纵横断面测量又称路线水准测量，其主要任务是沿路中线设立水准点，测定路中线上各里程桩和加桩的地面高程；然后根据各里程桩的高程绘制纵断面图[7]。如果是在中桩采集的数据，则需要在上方屏幕中检查横截面，然后手簿会自动保存其高程，这些点会保存到点库中，并且实时显示点的偏移量和高差数据。最后导出文件数据，在CASS软件中绘制输出横纵断面图(图1、图2)。

图1 纵断面成果图

图2 横断面成果(部分)

在试验中将收集到的点于CASS中将高程点平面展平，在软件输出前用复合线将中桩坐标连接。采用工程应用中的绘制断面图操作，选择根据已知坐标的命令栏进行断面线的选择，设置需求相关参数后自动输出纵断面图。

3.3 横断面测量及成图

对横断面进行测量，根据地形的不同，进行的流程也存在差异。当对一些复杂地形进行测量工作时，要对测量特征点进行加密，如果地势较为平坦，就要对主要的边界点进行采集，草图的绘制工作在现场便可完成，这样就能对内业数据进行及时有效的处理[8]。

在实际工作中，横断面的测设需要综合考虑地表土和设计宽度，比如对于左右线中间横断面只需分别对左右中线开展测量工作即可[9]。

测量结束后，在CASS软件中进行横断面输出操作，采用工程应用的生成里程文件操作，由纵断面文件生成断面线，工具建立数模构建三角网，进行横纵断面插值，选择复合线的纵断面，在弹框中选择自己的中桩点获取方式，按20 m(中桩采集间隔不超过20 m)相邻横断面的间距以及10 m路宽，根据地面反映的地形确认无误后，即可输出横断面成果图。

3.4 土方量模拟计算

土石方工程量计算在土石方工程中是非常重要的工作，它不仅影响到工程造价，而且还关系到工程进度[10]。在道路土石方数量计算过程中，选用恰当的计算方法，合理控制相应的计算参数是提高土石方数量计算精度的有效途径[11]。在模拟工程应用的试验中，根据设计文件测量放线，控制网要求闭合，在地势较高、通视较好的地方架设基准站，设置各项参数，校正参与计算的点，测量即可开始。测量完成后，在CASS软件上对其进行计算绘图，一般对于大面积的土石方计算以及地形起伏不大、坡度变化较缓的场地采用格网法。程序设置中填写设计上的平场高，经CASS计算后可以选择自动输出到Excel表。

南方CASS软件在两期间土方计算中有很大的优势，两期间土方计算是指对相同面积的地方前后进行两次勘测和计算，在两次测量数据的基础上建立计算模型，比较前后两次计算得到的土方差异。在实际过程中，将测量数据导入南方CASS软件，通过简单操作就能快速得到土方量数据，在工程中计算两期土方量的方法有两断面线间法、方格网法、DTM (三角网)法[12]，在本次试验中根据地形以及环境采用的是方格网法以适应实际需要。

3.5 测量结果分析

为了验证试验数据的准确性，采用比较检核方法进行验证，用全站仪将RTK放样的中桩点进行复测，得到的数据与RTK放样数据进行了对比(表1)。

表1 RTK和全站仪部分同点号坐标较差对比

由表1可知，路中线放样测量时，通过RTK手簿系统的合理应用可达到厘米级的精度。结合地形分析，研究区地形比较复杂，从K0+000处低洼路线两旁生长着高大又茂密的植物，K0+556.857地势较高，路线中段空间较为开阔，因此信号较好，RTK数据与全站仪数据较为吻合，K0+520 到K0+556 均有大树遮挡，位置处于小山包环绕，信号较差，有失锁情况发生，因此和全站仪数据相差较大。相对传统测量方法，该技术的综合应用效果更为突出，例如点位间无误差积累的情况，从源头上提高测量结果的精度，操作更为便捷[13]。

3.6 RTK应用优化

在RTK应用过程中，难以避免会受到各种因素影响，导致测量结果不准确，造成数据失真。为了获取更精确的数据，通常可以通过以下几个方面进行选择和控制。

(1)GPS设备尽量选择高质量、高新、高精度的测量仪器设备。对GPS接收机可以通过安装抑径板方式，或者选用对极化特性不同的反射信号具有极强抑制作用的天线，以有效降低多路径效应带来的影响[14]。

(2)控制点的精度等级最好统一，并且采用高精度的控制点。

(3)在开阔地带设置测区，避开山坡、盆地以及附近有影响卫星信号的基站、高楼、高压线等不良因素，防止其降低测量的准确性。

(4)布设控制点形成的控制网应当囊括测区所有测点，且控制点的点位具备良好的天空开阔度。

4 结论与讨论

综合来看，GPS-RTK技术作为一项实时观测技术，与传统静态观测技术相比具有明显的优势，尤其是在复杂环境下，可以大大提高测量效率和精度[15]。试验研究中笔者针对传统公路建设测量技术的不足对RTK在进行横纵断面放样与土石方量计算进行了分析。通过介绍现目前部分学者在RTK领域进行的探索，并结合案例分析其精度情况，提出了一些应用优化方法。笔者通过纬地软件设计，导入手簿放样道路元素，然后根据横纵断面放样绘图情况以及与全站仪测量数据对比，依据方格网法进行土方量模拟计算，说明了RTK技术总体上在公路工程施工测量中的应用效果良好。

虽然GPS-RTK技术具有比较明显的优势，但是在实际工作中，当处于地形复杂、信号不佳时仍然存在浮动解甚至失锁等情况出现；用于高精度测量时，尽量使基准点、校正点均匀分布且能覆盖整个作业区域。后续研究笔者认为可以从以下两方面进行：一方面，可以通过对导致误差的因素进行深入分析，控制影响因素以提高稳定性、可靠性，进一步试验时可以通过海量数据，采用数据融合的方法进行建模，获取高精度的道路线形信息，以剔除整周固定外的数据；另一方面，可以引入高斯径向基核函数进行道路线性建模，以可靠统计模型来对比表明参数的有效性，对误差影响因素进行控制再加上对获取成果进行筛选，进而满足高精度的测量应用需要。

相信随着科学技术的进步，无论在哪种环境、哪种条件下都能使RTK的测量更加稳定、更加精密，为国家工程建设添砖加瓦。