電子論文GPS-RTK技術(shù)在道路工程測量中的應(yīng)用

　　GPS在道路工程中的應(yīng)用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測定航測外控點(diǎn)等。介紹了GPS系統(tǒng)。重點(diǎn)闡述了RTK技術(shù)的原理、組成、特點(diǎn)等，并總結(jié)了GPS-RTK技術(shù)在道路工程測量中的應(yīng)用。

　　《電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)》(社會(huì)科學(xué)版)(雙月刊)創(chuàng)刊于1999年，是由電子科技大學(xué)主辦的刊物。本學(xué)報(bào)主要反映學(xué)校學(xué)科建設(shè)、教學(xué)科研成果以及管理水平的高級社會(huì)科學(xué)學(xué)術(shù)刊物，面向國內(nèi)外公開發(fā)行。

　　一、GPS系統(tǒng)

　　GPS是全球定位系統(tǒng)(NavigationSatelliteTiminganRanging/GlobalPositioningSystem，NAVSTAR/GPS)的英文縮寫，它的含義是利用衛(wèi)星的測時(shí)和測距進(jìn)行導(dǎo)航，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。現(xiàn)在國際上公認(rèn)，將這—全球定位系統(tǒng)簡稱為GPS。GPS是目前世界上最先進(jìn)、最完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與定位系統(tǒng)。經(jīng)過10年我國測繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來—場深刻的技術(shù)革命。

　　二、RTK技術(shù)

　　2.lRTK技術(shù)簡介。RTK技術(shù)是以載波相位測量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測量技術(shù)。是一種將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)解算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在1秒的時(shí)間里得到高精度位置信息的技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的—個(gè)新突破，在道路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。

　　2.2RTK技術(shù)的基本原理。建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的保證，RTK技術(shù)的原理是取點(diǎn)位精度較高的首級控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的同時(shí)，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù)。隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測待測點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況。根據(jù)待測點(diǎn)的精度指標(biāo)，確定觀測時(shí)間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。

　　2.3RTK系統(tǒng)的組成。RTK系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈及移動(dòng)接收機(jī)三部分組成。

　　它是利用2臺(tái)以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號。其中一臺(tái)安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站，另一臺(tái)用來測定未知點(diǎn)的坐標(biāo)(移動(dòng)站)。基準(zhǔn)站根據(jù)該點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)求出其他衛(wèi)星的距離改正數(shù)并將這一改正數(shù)發(fā)給移動(dòng)站，移動(dòng)站根據(jù)這一改正數(shù)來改正其定位結(jié)果，從而大大提高定位精度。它能夠?qū)崟r(shí)地提供測站點(diǎn)指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。RTK技術(shù)根據(jù)差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給移動(dòng)站，改正移動(dòng)站的接收載波相位，再求解坐標(biāo);差分法是將基準(zhǔn)站采集到的載波相位發(fā)送給移動(dòng)站，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。

　　2.4RTK技術(shù)的特點(diǎn)。RTK技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：工作效率高。在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測最完4km半徑的測區(qū)。大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的設(shè)站次數(shù)，移動(dòng)站一人操作即可，勞動(dòng)強(qiáng)度低，作業(yè)速度快，提高了工作效率。定位精度高。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)(一般為4km)，RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到cm級。全天候作業(yè)。RTK測量不要求基準(zhǔn)站、移動(dòng)站間光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波”通視，因此和傳統(tǒng)測量相比，RTK測量受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因索的影響和限制小，在傳統(tǒng)測量看來難于開展作業(yè)的地區(qū)，只要能滿足RTK的基本工作條件，它也能進(jìn)行快速高精度定位，使測量工作變得更容易更輕松。RTK測景自動(dòng)化、集成化程度高，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。RTK可進(jìn)行多種測量內(nèi)、外業(yè)工作。移動(dòng)站利用軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測繪功能，減少了輔助測量工作和人為誤差，保證了作業(yè)精度。

　　三、GPS—RTK定位的作業(yè)流程

　　(1)基準(zhǔn)站的設(shè)置

　　根據(jù)工程需要在當(dāng)?shù)厥占叩燃壱阎刂泣c(diǎn)，并對收集到的控制點(diǎn)進(jìn)行必要的檢測，以保證起算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。多數(shù)情況下，收集的已知控制點(diǎn)不便于工程直接使用，此時(shí)要在測區(qū)內(nèi)布設(shè)若干控制點(diǎn)，聯(lián)測坐標(biāo)與高程。RTK定位測量時(shí)，在選定的基準(zhǔn)站上安置接收機(jī)，正確配置參數(shù)。

　　(2)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

　　一般工程項(xiàng)目的建設(shè)都是在地方獨(dú)立坐標(biāo)系中進(jìn)行，因此需要計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。利用控制點(diǎn)(至少三個(gè))進(jìn)行RTK參數(shù)修正(必須解得七參數(shù))，求出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)后，利用測量控制器即可實(shí)時(shí)解算出定位點(diǎn)的工程獨(dú)立坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定有兩種方法：第一是利用RTK設(shè)備中測量控制器在現(xiàn)場進(jìn)行測算，首先從平面控制點(diǎn)中選擇至少三個(gè)點(diǎn)(三個(gè)點(diǎn)均要有高程)，將其準(zhǔn)確的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)輸人控制器中，然后在現(xiàn)場進(jìn)行逐點(diǎn)定位測量，觀測時(shí)間不少于

　　5min，第三個(gè)點(diǎn)測量完成后，既可利用測量控制器中的自帶軟件計(jì)算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。通過實(shí)踐證明這種方法在現(xiàn)場花費(fèi)時(shí)間較多，并不實(shí)用;第二是利用步驟l中得到的各個(gè)控制點(diǎn)的大地經(jīng)緯度和測算出的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，在內(nèi)業(yè)中計(jì)算得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，直接將參數(shù)輸入測量控制器。實(shí)踐證明，這種方法算得的參數(shù)準(zhǔn)確、花費(fèi)時(shí)間較少。

　　(3)流動(dòng)站測量定位

　　坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)確定無誤后，即可在測區(qū)根據(jù)工程需要進(jìn)行相關(guān)的測量定位放樣和測繪工作。

　　四、GPS在道路工程中的應(yīng)用

　　隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術(shù)提出更高的要求，由于線路長，已知點(diǎn)少，因此，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。日前，國內(nèi)已逐步采用GPS技術(shù)建立線路首級高精度控制網(wǎng)，如滬寧、滬杭高速公路上的上海段就是利用GPS建立了首級控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導(dǎo)線加密。實(shí)踐證明，在幾十千米范圍內(nèi)的點(diǎn)位誤差只有2cm左右，達(dá)到了常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的精度。同時(shí)也大大提前了工期。利用wild200GPS接收機(jī)的快速靜態(tài)定位功能施測了線路的全部初測導(dǎo)線，快速、高精度的建立了數(shù)百公里的高速公路控制網(wǎng)，取得了良好的網(wǎng)形，提高點(diǎn)位精度，同時(shí)對檢測常規(guī)測量的支點(diǎn)也非常有效。如在大橋的建設(shè)中，首先用常規(guī)方法建立了高精度邊角網(wǎng)，然后利用GPS對該網(wǎng)進(jìn)行了檢測，GPS檢測時(shí)達(dá)到了毫米級精度，與常規(guī)精度網(wǎng)的比較符合較好。GPS技術(shù)在隧道測量中具有廣泛的應(yīng)用前景，GPS測量無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，因此，速度快、精度高，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。通過實(shí)施GPS測量可以看出：GPS測量靈活、方便，能大大節(jié)省人力、物力、減少野外砍伐工作量，減少一些過渡點(diǎn);具有極高的精度，它完全能達(dá)《公路勘察規(guī)程》的要求;較紅外儀導(dǎo)線測量，可提高效率4倍～5倍。

　　五、RTK技術(shù)在線路測量中的應(yīng)用

　　由于RTK技術(shù)具有實(shí)時(shí)厘米級的定位精度。因此如能將RTK技術(shù)應(yīng)用于線路定測將取得良好的效果。RTK技術(shù)應(yīng)用于線路定測的特點(diǎn)：

　　(1)以往的中線測量是先確定平面位置后確定高程，即先放中線，后做中平測量。而GPS技術(shù)具有三維坐標(biāo)信息.無需再進(jìn)行中平測量，大大的提高了效率。

　　(2)一個(gè)參考站有10km左右的作用半徑。因此整個(gè)線路上.只要布設(shè)首級控制網(wǎng)，便可覆蓋整個(gè)路線，而不必布設(shè)以下幾級的控制網(wǎng)，如一、二級導(dǎo)線。只要保存好首級點(diǎn)，即可隨時(shí)放樣中線或恢復(fù)整個(gè)線路，因此也不必?fù)?dān)心一些重要樁位，如交點(diǎn)樁的丟失而給線路測量帶來困難等。

　　(3)一個(gè)參考站可服務(wù)于多個(gè)移動(dòng)站，移動(dòng)站可由一個(gè)人單獨(dú)操作，大大節(jié)省人力并提高工作效率。

　　(4)由首級網(wǎng)與中線直接聯(lián)系，不存在誤差積累，能達(dá)到很高的精度，適合高等級線路工程建設(shè)要求。

　　結(jié)語

　　在道路工程初測中，線路平面控制網(wǎng)的布置和測量是外業(yè)中的重中之重，是后續(xù)工作開展的前提。GPS技術(shù)使傳統(tǒng)的測量理論與方法產(chǎn)生了深刻的變革，促進(jìn)了測繪科學(xué)的現(xiàn)代化。GPS以其全天候、高精度、自動(dòng)化、高效率等顯著特點(diǎn)成功地應(yīng)用于資源勘探、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)林牧漁、運(yùn)載工具導(dǎo)航和地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測等多個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，GPS—RTK技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用，導(dǎo)致了公路、鐵路工程測量模式的一次根本性變革和發(fā)展。實(shí)踐證明，RTK技術(shù)能顯著提高測量效率、縮短工期、降低成本，同時(shí)具有精度可靠、方便實(shí)用和靈活多變的突出優(yōu)點(diǎn)，它為復(fù)雜地形條件下的道路工程測量開辟了一條嶄新的和切實(shí)可行的技術(shù)途徑。因此，GPS—RTK技術(shù)在道路勘測設(shè)計(jì)領(lǐng)域有更廣闊的應(yīng)用前景。

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