公路测量中RTK技术的应用分析

1、公路测量中RTK技术的应用分析公路测量中RTK技术的应用分析【摘要】GPS在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业 方法产生了革命性的变革， 极大地提高了勘测精度和勘测效率， 特别是实时动态定位技术将 在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。并介绍了GPS系统中RTK技术在公路测量中的应用。【关键词】RTK技术；公路测量；应用； GPS美国从1973年开始筹建全球定位系统 GPS在进过了方案论证、 系统试验阶段后，于1989 年开始发射正式工作卫星，并于 1994年全部建成，投入使用。GPS系统的空间局部由21颗 卫星组成，均匀分布在 6 个轨道面上，地面高度为 200

2、00 余公里，轨道倾角为 55 度，扁心 率约为 0，周期约为 12 小时，卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为 1575.442 兆 赫兹和 1227.6 兆 赫兹，卫星上安装了精度很高的原子钟，以确保频率的稳定 性，在载波上调制有表示卫星位置的播送星历，用于测距的 C/A码和P码，以及其它系统信息，能在全球范围内，向任意多用 户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测 速、三维定位和授时。对于测绘界的用户而言，GPS已在测绘领域引起了革命性的变化。1 RTK技术及其优缺点1.1 RTK技术的原理。1RTK实时动态测量系统，是集计算机技术、数字通讯技术、无线电技术和 GP

3、S测量定位技术为一体的组合系统，是基于实时载波相位差分的实时动态定位技术，是GPS测量技术开展中的一个新突破。RTK定位精度高，可以全天候作业，每个点的误差均为不累积的随机偶然误差。且外业操作简单，只需一人，属于真正的一人操作系统，其平面精度可以达 1cm+1ppm，高程精度可以到达 2cm+1ppm，完全可以满足公路测量的精度要求。RTK 又可细分为修正法和差分法。 修正法是将基准站的载波相位修正值发送给流动站，改正流动站接收到的载波相位，流动站再求解坐标，也称准RTK差分法是将基准站采集到的载波相位，发送给流动站，再由流动站求差解算坐标，又称真正的RTK。2 RTK 是根据 GPS 的相对

4、定位概念，将一台接收机放在点上 ，另一台或几台接收机放 在新点上，同步采集相同卫星的信号。在RTK作业模式下，基准站除了采集卫星数据外，还 要通过数据链将其观测值和站点坐标信息一起传送给流动站。流动站在采集卫星数据的同时，还要接收来自基准站的数据链 ，并在系统内对采集和接收的两组数据，进行实时载波相位 差分的处理，得出定位结果。并将这些观测值进行差分，从而削弱和消除轨道误差、钟差、 大气误差等影响，将实时定位精度大大提高。并能进行实时处理，提供厘米级定位结果。1.2 RTK技术的优点1 传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且

5、在外业不知精度如何，采用常规的GPS静态测量、快速静态方法， 在外业测设过程中不能实时知道定位精度， 如果测设完成后， 回到内业处理后 发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了， 用户就可以停止观测了， 而且知道观测质量如何， 这样可以大大提高作业效率。假设把RTK用于公路控制测量那么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，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成；2在中线放样的同时完成中桩抄平工作；3应用范围广一一可以涵盖公路测量，施工放样，监理，竣工测量，养护测量，GIS前端数据采集诸多方面；4实时动态显示经

6、可靠性检验的厘米级精度的测量成果；5如辅助相应的软件， RTK可与全站仪联合作业，充分发挥 RTK与全站仪各自的优势； 6作业效率高，每个放样点只需要停留 12s,流动站小组作业，每小组可完成中线测量510km。假设用其进行地形测量，每小组每天可以完成0.81.5km2的地形图测绘，过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点, 然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配 合小平板测图，其精度和效率于RTK测量是无可比较的。1.3 RTK技术的缺点1控制测量：一些带有隐蔽性和遮挡地区却无法使用GPS技术。如在进行公路地下工程、隧道控制测量中地面首级网可以采用GPS技术，在地下施工控制方案中却无法采

7、用。在森林处布设控制网，如果道路较窄而道路两旁的树木茂盛，GPS信号就会被遮挡而呈现断断续续，很难解算出符合精度要求的基线向量。建立居民区或工业区的控制网，采用GPS技术远没有应用全站仪方便。2碎部测量与放样：采用RTK功能GPS接收机、或在局部差分系统下的碎部测量，可直接测定碎部特征。但如果测图区域为城建区， 建筑物高大或民房密集。 就会遮挡GPS信号， 使得观测值产生周跳,破坏了整周计数的连续性, 需要重新确定初始化求未知数。 这样,影 响观测工作的效率和成图精度，甚至会发生错误。如果在该区域施工放样，GPS卫星信号会被经常性地遮挡,以致放样工作断断续续。3高程测量：应用 GPS 定位技术

8、不能直接测到地面点的正常高程,而只测到大地高程。 如要确定地面点的正常高程，还必须要知道地面点的高程异常，这就限制了GPS技术在高程测量方面的作为。4卫星影响：可接受卫星数量及高度角、 方位角都会影响 RTK测量精度，甚至会无法测量。 要选取观察条件好的时段进行RTK测量，以保证测量的效率与质量。2 RTK技术的应用情况RTK 技术定位有动态定位和快速静态定位两种测量模式,两种定位模式相结合,在公路工 程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS前端数据采集。1动态定位测量前需要在一控制点上静止观测数分钟进行初始化工作, 之后流动站就可以按预定的采样间隔自 动进行观测,并连同基准站的同步

9、观测数据, 实时确定采样点的空间位置。 目前, 其定位精 度可以到达厘米级。 动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景, 可以完成地形图测 绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量24S,精度就可以到达13cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器不可比较的优点。2快速静态定位模式要求 GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据, 实时解算整周未知数和用户站的三维坐标, 如果解 算结果的变化趋于稳定, 且其精度已满足设计要求, 便可以结束实时观测。 一般应用在控制 测量中,如控制网加密； 假设采用常规测量方法, 受客观因素

10、影响较大,在自然条件比较恶 劣的地区实施比较困难，而采用RTK快速静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需 要5-10min,不及静态测量所需时间的五分之一，在公路测量中可以代替全站仪完成导线测 量等控制点加密工作。3影响RTK成果精度的因素尽管常规RTK定位技术是目前最为广泛使用的测量技术之一，但它的应用受到一些误差源 影响的限制, 这些误差源从性质上一般可分为系统误差和偶然误差两类。 系统误差包括： 卫 星星历误差、 卫星钟误差、 大气延时误差以及天线相位中心变化等。 偶然误差主要包括信号 的多路径效应。除此之外,还受基线解算精度、基站点位精度、坐标系转换精度的影响,但 在RTK作业中

11、，基线解算精度可以到达 10mm+1*10 -6D；基准站点位精度平均在 3cm之内； 坐标系转换精度,对于 10km 基线在 3cm 以内,动态作业由于测距偏心, 天线高误差等, 一 般在 3cm 以内。4 RTK技术在道路测量中的作用4.1 道路的横、纵断放样和土石方量计算1纵断放样时,先把需要放样的数据输入到电子手簿中,生成一个施工测设放样点文件, 并储存起来,随时可以到现场放样测设。2横断放样时, 先确定出横断面形式, 然后把横断面设计数据输入到电子手簿中,生成一 个施工测设放样点文件, 储存起来, 并随时可以到现场放样测设。 同时软件可以帮助你自动 与地面线衔接进行 “戴帽工作,并利

12、用 “断面法进行土方量计算。通过绘图软件,可绘出 沿线的纵断面和各点的横断面图来。 因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的, 不需要到 现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态RTK到现场检测复 合,这与传统方法相比,既经济又实用。4.2 道路中线放样设计人员在大比例尺带状地形图上定线后, 需将公路中线在地面上标定出来。 采用实时 GPS 测量，只需将中桩点坐标输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点测量都是独立完成的, 不会产生累计误差, 各点放样精度趋于一致。 道路路线主 要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时,只要先输入各主控点桩号,

13、然后输入起终点的方位角,直线段距离,缓和曲线距离,圆曲线半径,这样就可以很轻松放样了,而且一 切工作均由GPS电子手簿来完成。这种方法简单实用，比起传统的弦线拨角法要快速得多。4.3 绘制大比例尺地形图高等级公路选线多是在大比例尺带状地形图上进行。用传统方法测图,先要建立控制点, 然后进行碎部测量,绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大,速度慢,花费时间长。用 实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可 获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息,构成带状所有碎部点的数据, 在室内即可用绘图软件成图。 由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息, 而且采集速 度快,因此大大降低了测图难度,既省时又省力,非常实用。4.4 布设控制网当RTK信号受到地形及地物遮挡时可先由RTK选择信号较好地段做控制网，再由全站仪做加密导线测量,也可以大大提高全站仪的工作效率。5 结语随着公路设计行业软件技术和硬件设备的开展，公路设计已实现CAD化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链， 减少数据转抄，输入等环节，是公路勘测设计 “内外一体化的要求，也是影响