劉淦

【摘 要】隨著GPS技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)遍布各種測(cè)量領(lǐng)域。GPS在公路勘測(cè)中的應(yīng)用，對(duì)高等級(jí)公路的勘測(cè)技術(shù)和測(cè)量方法產(chǎn)生了革命性的變革，極大地提高了勘測(cè)精度和勘測(cè)效率， 特別是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分RTK技術(shù)的迅速發(fā)展和進(jìn)步，在常規(guī)的公路測(cè)量領(lǐng)域里得到了越來越普遍的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】GPS-RTK技術(shù)；公路勘測(cè)；應(yīng)用

1.GPS-RTK技術(shù)的由來和發(fā)展

GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱。GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。GPS已在測(cè)繪領(lǐng)域引起了革命性的變化，目前，范圍上數(shù)公里至幾千公里的控制網(wǎng)或形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)，精度上從百米至毫米級(jí)的定位，一般都將GPS作為首選手段，隨著RTK技術(shù)的日趨成熟，GPS已開始向分米乃至厘米級(jí)的放樣、高精度動(dòng)態(tài)定位等領(lǐng)域滲透?，F(xiàn)如今使用國(guó)產(chǎn)RTK已經(jīng)很普遍（南方、上海華測(cè)、中海達(dá)等），性能也比較穩(wěn)定，只是軟件方面有待進(jìn)一步完善。

RTK（Real Time Kinematic ）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)、 無線電技術(shù)和GPS測(cè)量定位技術(shù)為一體的組合系統(tǒng)，是基于實(shí)時(shí)載波相位差分的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，是 GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新突破。RTK定位精度高，可以全天候作業(yè)，每個(gè)點(diǎn)的誤差均為不累積的隨機(jī)偶然誤差。且外業(yè)操作簡(jiǎn)單，只需一人，屬于真正的一人操作系統(tǒng)，其平面精度可以達(dá)1cm+1ppm，高程精度可以達(dá)到2cm+1ppm，完全可以滿足公路測(cè)量的精度要求。

RTK 又可細(xì)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)送給流動(dòng)站 ，改正流動(dòng)站接收到的載波相位，流動(dòng)站再求解坐標(biāo)，也稱準(zhǔn) RTK；差分法是將基準(zhǔn)站采集到的載波相位，發(fā)送給流動(dòng)站，再由流動(dòng)站求差解算坐標(biāo)，又稱真正的RTK。

2.GPS-RTK技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 RTK的設(shè)備組成

RTK測(cè)量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS 接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)與流動(dòng)站的接收電臺(tái)組成，是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備。

2.2 GPS的軟件作業(yè)環(huán)境

RTK要求實(shí)時(shí)提供移動(dòng)站指定點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并完成相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和投影計(jì)算，將GPS所接收的WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成自己所需的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)或工程坐標(biāo)。此過程都在RTK手簿軟件中完成。

2.3 GPS的測(cè)量方法

動(dòng)態(tài)及差分技術(shù)適合于實(shí)時(shí)或后處理測(cè)量，快速靜態(tài)技術(shù)適合于后處理測(cè)量。

2.3.1實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量一般用5個(gè)或更多衛(wèi)星到基站和流動(dòng)站的相位進(jìn)行測(cè)量。為了得到厘米級(jí)的測(cè)量精度，測(cè)量前必須初始化。

測(cè)量中，若收到的衛(wèi)星數(shù)目少于四顆一下，當(dāng)衛(wèi)星數(shù)升至4顆或以上時(shí)，需要重新初始化。

2.3.2靜態(tài)測(cè)量

靜態(tài)測(cè)量可以用作是最高精度的測(cè)量，但其所需時(shí)間根據(jù)邊長(zhǎng)長(zhǎng)短大約要30分鐘至1.5小時(shí)。靜態(tài)測(cè)量需要經(jīng)過后處理才能得到高精度的數(shù)據(jù)。

靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測(cè)、國(guó)家大地測(cè)量、大壩變形觀測(cè)等高精度測(cè)量；快速靜態(tài)測(cè)量以其高效的作業(yè)效率與厘米級(jí)精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測(cè)量；而RTK 系統(tǒng)整套設(shè)備在輕量化、操作簡(jiǎn)便性、實(shí)時(shí)可靠性、厘米級(jí)精度等方面的特點(diǎn)，完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。

3.RTK在公路測(cè)量工作中的應(yīng)用

3.1用于工程放樣測(cè)量

首先確定控制點(diǎn)及其坐標(biāo)系、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法。把放樣點(diǎn)的坐標(biāo)或線及樁號(hào)成批地存入掌上電腦RTK手簿中。選擇地勢(shì)高、無干擾、寬闊的已知點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，設(shè)置好基準(zhǔn)站，使接收機(jī)至少能收到5顆以上衛(wèi)星，數(shù)據(jù)鏈發(fā)射正常，測(cè)量人員設(shè)置好流動(dòng)站，在快速初始化完成后可以開始作業(yè)。從RTK手簿中讀取當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)距放樣點(diǎn)或線的縱橫坐標(biāo)差Dx、Dy、S以及方位，并以圖形方式顯示出來，同時(shí)顯示測(cè)量的點(diǎn)位精度水平，當(dāng)精度水平達(dá)到期望值時(shí)可結(jié)束該點(diǎn)的放樣，操作起來比較直觀、方便。采用RTK放樣，單人就可以作業(yè)，工作效率很高。同時(shí)，作業(yè)時(shí)不必布測(cè)常規(guī)的導(dǎo)線，節(jié)省了大量的人力，在道路條件差的地方相當(dāng)方便。如在某廠區(qū)的道路放樁中，該地區(qū)灌木、小葉樹密度高，如果用全站儀放樁，必須花費(fèi)大量的人力去砍樹開路以便通視，并且還需要布置導(dǎo)線，采用RTK方法能夠省去這些艱難的工作，常規(guī)方法需要10天的工作，使用該方法約2天即可完成。高程測(cè)量方面，GPS測(cè)量的高程誤差與常規(guī)水準(zhǔn)不同。它主要取決于擬合面與大地水準(zhǔn)面的符合程度。

3.2 RTK技術(shù)用于定位測(cè)量

RTK技術(shù)定位有動(dòng)態(tài)定位和快速靜態(tài)定位兩種測(cè)量模式。兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用中可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理和GIS前端數(shù)據(jù)采集。

（1）動(dòng)態(tài)定位測(cè)量前需要在一個(gè)控制點(diǎn)上靜態(tài)觀測(cè)數(shù)分鐘（有的儀器只需2～10s）以進(jìn)行初始化工作，之后流動(dòng)站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前，其定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)。動(dòng)態(tài)定位模式在公路勘測(cè)階段有著廣闊的應(yīng)用前景，可以完成地形圖測(cè)繪、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面地面線測(cè)量等工作。測(cè)量2～4s，精度就可以達(dá)到±（1～3）cm，且整個(gè)測(cè)量過程不需通視，有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器（如全站儀）不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

（2）快速靜態(tài)定位模式要求GPS接收機(jī)在每一流動(dòng)站上，靜止地進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)過程中，同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計(jì)要求，便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般應(yīng)用在控制測(cè)量中，如控制網(wǎng)加密；若采用常規(guī)測(cè)量方法（如全站儀測(cè)量），受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難，而采用RTK快速靜態(tài)測(cè)量，可起到事半功倍的效果。單點(diǎn)定位只需要5～10 min（隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時(shí)間還會(huì)縮短），不及靜態(tài)測(cè)量所需時(shí)間的1/5，在公路測(cè)量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測(cè)量等控制點(diǎn)加密工作。

3.3 RTK用于控制測(cè)量

由于RTK測(cè)量在20km內(nèi)點(diǎn)位平面標(biāo)稱精度為±3cm，根據(jù)控制測(cè)量規(guī)范要求Ⅰ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)的點(diǎn)位誤差為±5cm，從理論上講RTK測(cè)量完全可以滿足Ⅰ級(jí)以下導(dǎo)線點(diǎn)的技術(shù)規(guī)范要求。在某工程道路放樁RTK測(cè)量中，我們對(duì)距離基準(zhǔn)站1～6km的一些四等GPS控制點(diǎn)采用一點(diǎn)法進(jìn)行檢核比較，結(jié)果表明平面坐標(biāo)分量最大差值為3.1 cm，高程最大差值為4.9 cm，完全符合Ⅰ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)的規(guī)范精度要求。某工程1∶1000數(shù)字地形圖測(cè)繪任務(wù)，測(cè)區(qū)長(zhǎng)約7km，寬07km，面積約5km2。整個(gè)測(cè)區(qū)采用Ashtech Z-X雙頻GPS接收機(jī)，用靜態(tài)法共布測(cè)了5個(gè)四等GPS點(diǎn)，21個(gè)一級(jí)GPS點(diǎn)，點(diǎn)位均勻分布，最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差Mx為±40cm，My為±3.9cm，并聯(lián)測(cè)了四等水準(zhǔn)高程。為了進(jìn)一步檢核Ashtech Z-X雙頻GPS系統(tǒng)的測(cè)量精度，采用GPS控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)法均勻地檢測(cè)了其中12個(gè)GPS控制點(diǎn)，基準(zhǔn)站布設(shè)在測(cè)區(qū)中間。GPS測(cè)量坐標(biāo)值與靜態(tài)聯(lián)測(cè)法坐標(biāo)值的較差X坐標(biāo)中誤差為±3.1cm，Y坐標(biāo)中誤差為±2.3cm，H高程中誤差為±5.0cm，結(jié)果完全可滿足Ⅰ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)（5點(diǎn)以下）的規(guī)范精度要求。盡管GPS測(cè)量的標(biāo)稱精度及實(shí)測(cè)精度完全滿足Ⅰ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)5點(diǎn)以下的規(guī)范精度要求，但目前的規(guī)范對(duì)利用GPS測(cè)量進(jìn)行Ⅰ級(jí)導(dǎo)線甚至更高精度的控制測(cè)量，其采集數(shù)據(jù)的方法、數(shù)量等還沒有明確的規(guī)定，因此還需要用大量的實(shí)踐來證實(shí)。 [科]

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