GPS-PTK在道路測量中的應用
2012-02-06 來源：中國鳴網
1、GPS-RTK控制測量
全球定位系統(tǒng)（GPS）具有全球性、全天候、連續(xù)性、實時性導航定位和定時功能，能提供精密的三維坐標、速度和時間。實時動態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準站和流動站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)測量的保證，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，流動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數(shù)據(jù)，隨機計算機根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度。GPS-RTK技術作業(yè)效率高，可以在作業(yè)現(xiàn)場提供經過檢驗的測量成果，能夠在滿足精度的前提下，擺脫后處理的負擔和外業(yè)返工的困擾。
2、GPS-RTK技術優(yōu)點
1）作業(yè)效率高。在一般的地形地勢下，高質量的GPS-RTK設站一次即可測完4km半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的搬站、次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點坐標，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)省了外業(yè)費用，提高勞動效率。2）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內（一般為4km），GPS-RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。3）降低了作業(yè)條件要求。GPS-RTK技術不要求
2點間滿足光學通視，只要求滿足電磁波通視。因此，和傳統(tǒng)測量相比，GPS-RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足GPS-RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業(yè)。
3、RTK在公路工程中的應用
3.1控制測量
用GPS建立控制網，最精密的方法當屬靜態(tài)測量。對大型建筑物，如特大橋、隧道、互通式立交等進行控制，宜用靜態(tài)測量。而一般道路工程的控制測量，則可采用RTK動態(tài)測量。這種方法在測量過程中能實時獲得定位精度。當達到要求的點位精度，即可停止觀測，大大提高了作業(yè)效率。由于點與點之間不要求通視，使得測量更簡便易行。在道路的設計路線上做控制測量時。如果選擇合適的數(shù)據(jù)鏈方案，RTK技術就可在長邊靜態(tài)測量中效果明顯，當邊長超過20km時，流動站觀測15-30mim后，就會發(fā)現(xiàn)解開始趨向穩(wěn)定。如果連續(xù)10min內3維坐標分量的最大變動不會超過5μmD，且最后5min內的互差小于2μmD時，用戶可以根據(jù)具體的實際需要，決定是否要繼續(xù)測量。
3.2線路勘測
在公路選線過程中，我們往往要按著勘測設計規(guī)范本著盡量利用舊路路基這樣一個原則，如何準確設計好道路中線使其符合設計要求，可以利用GPSRTK技術，用車載GPSRTK接受機做流動站，沿原路中線按一定間隔采集數(shù)據(jù)，選擇另一已知點為參考站，遇到重要地物，準確定位，最后將數(shù)據(jù)傳入計算機，利用Autocad軟件可以方便在計算機上選線。設計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后,需將公路中線在地面上標定出來。并得到中樁坐標及坐標文件。采用實時GPS測量，只需將中樁點坐標或坐標文件輸入到GPS電子手簿中,系統(tǒng)軟件就會自動定出放樣點的點位。由于每個點測量都是獨立完成的，不會產生累計誤差，各點放樣精度趨于一致。
3.3道路的中線及縱、橫斷面放樣
放樣時，只要先輸入各主控點樁號，然后輸入起終點的方位角、直線段距離、緩和曲線長度、圓曲線半徑R，這樣就可以很輕松放樣了，而且一切工作均由GPS電子手簿來完成。這種方法簡單實用，比起傳統(tǒng)的極坐標法要快得多。如果需要在各直線段和曲線段間加樁，只需輸入加樁點的樁號就行了，剩下工作由GPS來完成?？v斷放樣時，先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中，生成一個施工測設放樣點文件，并儲存起來，隨時可以到現(xiàn)場放樣測設。橫斷放樣時，先確定出橫斷面形式，然后把橫斷面設計數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中，生成一個施工測設放樣點文件，儲存起來，并隨時可以到現(xiàn)場放樣測設。同時軟件可以幫助你自動與地面線銜接進行“戴帽”工作，并利用“斷面法”進行土方量計算。通過繪圖軟件，可繪出沿線的縱斷面和各點的橫斷面圖來。因為所用數(shù)據(jù)都是測繪地形圖時采集而來的，不需要到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測量，大大減少了外業(yè)工作。
3.4影響RTK成果精度的因素
一般來說，影響RTK成果精度的因素主要是GPS觀測共有誤差源，除此之外，還有受基線解算精度、基準站點位精度、坐標系轉換精度的影響，但是在RTK作業(yè)中，基線解算精度可以達到10cm+1μmD；基準站點位精度平均在3cm之內；坐標系轉換精度，對于10km基線亦在3cm以內，動態(tài)作業(yè)由于測距偏心，天線高誤差等一般也在3cm以內，至于正常高擬合與內插精度取決于聯(lián)測點數(shù)目與分布、擬合模型等，一般在5～10cm內是能夠做到的。總的來說,，RTK的精度為厘米級，一般的道路工程應用是足夠的。
4、工程測量應用實例
4、1工程概況
某三級公路，全線30多公里的山嶺重丘地區(qū)，其設計線路大致為東西走向，途經一條小河、叢林及長約20km的舊路。這個工程的中線放樣測量，由于通視條件較差，采用南方$80雙頻GPS接收機來進行和索佳s610全站儀進行測設?？刂凭W布置見圖1所示。
表1部分RTK與全站儀同樁號坐標誤差比較
4、2測量結果的精度評估
RTK放樣結果的精度，除受基準站點位精度影響外，還受模糊度解算誤差、坐標系統(tǒng)轉換誤差、GPS天線對中誤差等的影響，因而在上述工程的實際放樣工作中，流動臺在放樣施測的同時，隨時對沿線的。RTK測量的點位精度可達厘米級，與傳統(tǒng)測量方法相比各點位之間不存在誤差累積，滿足高等級公路放樣測量的精度要求。為了提高精度，最好選5個以上的點利用最小二乘法求解轉換參數(shù)。為了校驗轉換參數(shù)的精度和正確性，還可以選用幾個點不參與計算，而帶入公式起校驗作用，經過校驗滿足要求的轉換參數(shù)認為是可靠的。已知控制點建立投影的局部歸化參數(shù)時，盡量使用同一網平差的控制點或同一等級內的同一個三角形的點作為起算點。
5、結束語
RTK技術以實時獲得觀測結果，大大提高作業(yè)效率。RTK技術應用于道路放樣測量，其定位精度較高，完全能夠滿足規(guī)范要求，在施測過程中，能實時檢驗質量控制指標，因而能實時提供經檢驗的成果資料，提高工作效率，在困難地區(qū)尤其是采用常規(guī)全站儀放測極不方便且難以保證精度的地區(qū)，使用該法是非常有利的。
