浅谈GPS RTK测量的的工作原理及应用

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　　摘要：GPS测量具有高精度、高效率等优点，在控制测量领域得到广泛应用。本文首先概述了GPS RTK技术的工作原理，接着介绍了GPS RTK技术在公路测量中的应用。
　　关键词：GPS RTK、工作原理、公路、测量、应用
　　一、前言
　　随着交通事业的发展，公路建设工程日益增多，由于线路长、构造物多，以及测量、施工要求质量高、时间紧，传统的测量方法已不能满足新的要求。近年来，越来越多的先进仪器设备应用于测绘领域，特别是GPS的问世，极大地促进了测绘事业的发展。GPS卫星实时定位分为RTD、RTK、和RTP三种，测绘应用中主要是前两种形式。由于RTK技术能够提供高精度的实时定位，速度快、精度高，测程远、作业范围广，因此，RTK技术在测量和其他领域得到了广泛的应用。
　　二、GPS RTK技术的工作原理
　　RTK系统由基准站和流动站组成。无论是在几点间进行同步观测的后处理，还是从基站将改正值传输到流动站都称为相对技术。测量级GPS接收机可以测出载波相位的差异，每一颗卫星发射的整波数加上相位差异，就可以测出卫星离地距离。在测量时，将基准站设在1个已知点上，流动站设在要测量的点上，然后通过无线电台把基准站的所有卫星信息及观测信息连续不断地传给流动站，流动站根据接收到的基准站载波相位观测数据经过软件解算后实时得到流动站三维坐标。这种动态测量模式一般要求基准站和流动站同时接收到4颗以上GPS卫星，迁站过程中不能关机、失锁。它的关键技术是初始整周模糊度的快速解算，数据链的优质完成，实现高波特率数据传输的高可靠性和强抗干扰性。RTK技术采用差分法降低了载波相位测量改正后的残差及接收机钟差、卫星改正后的残差和电离层、对流层折射等因素的影响，使测量精度达到厘米级。
　　三、GPS RTK技术在公路测量中的应用
　　1．绘制大比例尺地形图
　　高等级公路选线多是在大比例尺（通常是1：2 000或1：1 000）带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制网，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图，其工作量大、速度慢、花费时间长。用GPS RTK动态测量，在沿线每个碎部点上仅需停留几分钟，即可获得每点坐标，结合输入的点特征编码及属性信息，构成碎部点的数据，在室内即可由绘图软件成图。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，大大降低了测图的难度，既省时又省力。
　　2．工程控制测量
　　用GPS建立控制网，最精密的方法应属静态测量。对大型建筑物，如特大桥、隧道、互通式立交等进行控制，宜用静态测量。而一般公路工程的控制测量，则可采用GPS RTK动态测量。这种方法在测量过程中能实时获得定位的坐标。当达到要求的点位精度，即可停止观测，大大提高了作业效率。由于点与点之间不要求必须通视，使得测量更简便易行。在公路设计路线上作控制测量时，选择合适的数据链方案，RTK技术就可在长边动态测量中大显身手。当边长超过20 km时，流动台观测15～30 min后，就会发现解开始趋向稳定，如果连续10 min内3维坐标分量的最大变动不超过±5×10-6D，且最后5 min内的互差小于2×10-6D，用户可根据精度决定是否继续观测，从技术上杜绝成果返工的可能性。
　　3、线路勘测
　　在公路选线过程中．我们往往要按着勘测设计规范本着尽量减少占用农田和少拆迁房屋并尽量利用旧路路基这样一个原则，如何准确设计好道路中线使其符合设计要求，可以利用GPS RTK技术，用车载GPSRTK接受机做流动站，沿原路中线按一定间隔采集数据．选择另一已知点为参考站，遇到重要地物．准确定位。最后将数据传人计算机，利用Autocad软件可以方便在计算机上选线。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，并得到中桩坐标及坐标文件。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标或坐标文件输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的点位。
　　4、公路中线放样
　　GPS RTK技术用于公路中线放样的优点有：实时动态显示测量成果，现场指示性好；作业效率高，每个放样点只需停留1～2s，流动站小组作业，每小组3～4人，每天可完成中线测量5～10km，且在中线放样的同时完成中桩抄平工作；功能强大，可以进行二维和三维放样，垂向偏置，根据测站与偏置距离法放样，缓和曲线放样，车载道路平整度检验，桩位存储等功能，并能与全站仪进行数据自由交换。在作业过程中，RTK要求基准站和各流动站间通过建立数据通讯链来实现基准站数据向流动站的实时传输，并能对传输的数据进行正确编码和同步检错。为保证数据传输的准确与实时，必须综合考虑传输格式、传输频率、传输距离及传输数据量等多种因素。利用GPS RTK技术不受通视条件的限制，速度快、精度高，可以达到《公路勘测规范》要求，但在作业中要特别注意正确求解并输入WGS-84坐标系统与国家坐标系统或地方坐标系统间的转换参数。用GPS RTK进行公路中线放样的作业过程中应注意：在路线控制点上架设1台GPS接收机作为基准站，其他流动站用于测设路线点位并打桩作业；据所设计的路线参数，利用路线计算程序计算路线中桩的设计坐标，也可由线路设计人员直接提供中桩表，一般按2m 间隔计算中桩坐标，防止在现场有些中桩点落入水中或房屋中而无法标定；将路线中桩的设计坐标输入到GPS电子手簿；在流动站上操作控制器，输入要测设的中桩点号，按解算键，显示屏可及时显示当前杆位和到设计桩位的方向与距离，移动杆位，当屏幕显示杆位与设计点位重合时，在杆位处打桩写号即可；在每个桩位按控制器的记录键，将每个桩位高程记录于电子手簿，实现无纸化记录；内业将观测数据传输到计算机，利用软件绘制纵断面图。
　　5、公路纵、横断面放样
　　公路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可绘出路线纵断面和各桩点的横断面。由于所用数据都是测绘地形图时采集来的，因此不需要再到现场进行纵、横断面测量，从而大大减少了外业工作。纵断放样时。先把需要放样的数据输入到电子手簿中（如：各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径）．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。横断放样时，先确定出横断面形式（填、挖、半填半挖）．然后把横断面设计数据输入到电子手簿中（如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高），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。
　　四、结束语
　　RTK技术是GPS定位技术的一个新的里程碑。它不仅具有GPS技术的所有优点，而且可以实时获得观测结果及精度，大大地提高了作业效率并开拓了GPS新的应用领域，具有较好的经济效益和社会效益。由此可见，GPS RTK技术在公路工程中的应用将会越来越广泛，给传统的勘测方法带来巨大的变革。

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