GPS-RTK技术在道路测量工程中的应用Microsoft-Word-文档

GPSRTK技术在道路测量工程中的应用路敬伟张钧祥(中交一航局第四工程有限公司第九项目部)摘要在测量领域,GPS系统已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面,尤其是GPS-RTK定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力。传统的道路测量方法都不能很好的解决曲线放样的精度和效率问题,RTK技术克服了传统测量方法在曲线测量中的局限性。本文通过RTK技术在道路工程测量中的具体应用,阐述了RTK用于道路工程测量的优越性。关键词RTK道路工程原理应用1概述随着GPS设备﹑功能﹑技术的不断进步与完善,在公路工程测量领域里,测量工作者已不满足于只将GPS用作控制测量。特别是近几年来高精度GPS实时动态定位技术RTK的快速发展,由于它能够实时地提供在任意坐标系中的三维坐标,对于道路中线测量利用GPS放样就成为可能。道路工程都为狭长的带状，主要测量工作包括定线测量、中桩测量及纵横断面测量。目前道路工程测量工作中尽管已采用了包括像电子全站仪等先进的测量仪器设备,但是由于道路工程的特点,传统的测量方法受通视条件、作业条件的限制,作业强度大,工作效率低,已不能适应生产的需要,因此,GPS进入道路工程测量是社会发展的必然趋势,RTK在道路工程测量中更是有广阔的前景。2RTK的基本原理及作业方法2·1基本原理RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，其基本原理是：首先利用两台以上的GPS接收机同时接收所有相同的可见GPS卫星的信号，即将其中一台接收机设置在基准站（也即已知点）上，另外一台或数台接收机安置在流动站（也即待定点）上，同步观测获得所需的观测数据，使用无线电传输技术把基准站上的观测数据发送到流动站上；然后根据相对定位原理，利用这些观测数据进行差分，实时地解算并得到流动站上的三维坐标；最后根据计算结果的收敛情况，实时地判定解算结果是否满足要求，从而减少冗余观测量，缩短观测时间，由此提高生产效率。RTK测量系统一般由以下三部分组成：GPS接收设备、数据传输设备、软件系统，详见图1。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统则能够实时快速地解算出流动站的三维坐标。一套完整的RTK测量系统包括一台参考站和数台流动站，其中参考站的作用是为测量系统提供基准，并将计算结果归算到已知的测量控制网点上，因此必须将其架设在已知的控制点上；流动站的作用是进行点位坐标测量和点位放样。在观测4颗以上卫星后,最后求出厘米级精度的流动站位置。测量中，参考站和流动站必须严密配合，任何一方出现问题，都会导致系统联接失败，无法工作。2·2作业方法利用RTK技术测量,在测区范围10~15km内需要有至少两个已知点(一个作为校正点,一个作为检查点)。利用RTK可以完成图根及控制测量、地形图测量、中桩测量及横断面测量等工作,测量时间2~4s精度可以达到1~3cm,整个测量过程不需要通视。1)架设基站。使用RTK进行测量时,在测区范围内选择一空旷的地方架设基站(基站既可以架设在已知点上,也可以架设在未知点上),连接好电台及天线。2)设置参数。进行工作之前,要进行参数的设置,包括投影参数、转换参数,如果测量高程还要设置高程拟合参数。3)校正检核。设置完参数、建立文件后,便可以利用已知点进行校正。校正后,还需用另一已知点进行检查图1GPSRTK数据系统流程图3RTK技术在道路施工测量中的应用实例道路工程主要的测量工作为中线测量及纵横断面的测设。道路中线的起点、终点在地面上标定后,接着就要沿选定的中线测量中桩、里程桩及加桩。如果中线转弯,还需要测设曲线以及曲线细部点的里程桩等。采用传统的测量仪器,无论采用何种方法(如经纬仪法、全站仪法等)测量中线,都是非常麻烦、作业量大。利用RTK能起到事半功倍的作用。利用RTK测量进行道路中线放样，主要有两种作业方式：第一种是根据现有的各种线形中桩坐标计算公式，计算出公路中线上各桩点的坐标，然后将中桩点坐标传输到GPS控制手簿中，建立以点号为标识符的公路放样文件，个别加桩点的坐标以手工输入法输入电子手簿。另外现场调用RTK系统中的实时放样功能，可以很方便地根据操作面板上的图形指示，快速放样出中桩点的点位。由于每个点测量都是独立完成的，不会产生累积误差，各点放样精度基本一致。第二种是利用RTK系统中自带的道路放样模块进行操作。放样时，首先将路线的平面定线元素（起点里程、起始方位角、直线段距离、圆曲线半径、缓和曲线等）输入电子手簿，按里程桩号进行放样，并用GPS电子手簿动态直观的显示自动提醒测量者移动到放样点位。这种方法简单迅速，随机性强，加桩方便，比起传统的极坐标法测设要快得多。目前的RTK系统都内嵌有道路放样模块，因此本文就采用第二种方式，直接输入道路曲线要素进行道路放样。下面以南方灵锐s80工程之星软件为例,说明RTK用于道路工程测量的具体方法。3.1直线放样使用RTK进行直线放样的原理:将直线和终点坐标输入到流动站的手簿中,便可根据工程的需要放样中线上的任意点。假设道路中线的起点坐标为(255841.0157,435120.9212),终点坐标为(2558900.6171,435500.167),起点里程为1+250m,里程桩间距为50m,里程桩的放样步骤如下:1)直线设置。如图2所示,将待放样的曲线要素输入到手簿中。按照界面提示输入间距(整桩距或者整桩号)、起点(或终点)里程、起点和终点坐标,并对成果文件命名,这样就定义好了放样直线。单击“OK”,出现如图3所示界面,图3为当前计算出的直线图形显示,以及当前仪器所在的位置。图2输入直线要素2)放样需要的点。在图3中放样线上选择需要的点进行放样。图上信息会指示你距放样点的距离和方向。按照图上信息指示,移动流动站,直至流动站移动到X坐标、Y坐标的偏差满足精度要求的位置为止。图3直线放样3.2曲线放样在道路工程测量中,曲线放样很常见,也比较复杂。传统的测量方法如偏角法、切线支距法、弦线偏距法,都不能很好的解决曲线放样的精度及效率问题。使用RTK进行曲线放样,充分体现出RTK在线路测量中的优越性。假设需要放样的圆曲线在交点处转弯,转角为左偏角120°,交点的坐标为(2558741.0157,435120)、里程为1+250m,设计圆曲线半径为1200m。使用RTK进行圆曲线的放样方法如下:1)圆曲线参数设置。如图3所示:将圆曲线的参数:半径、偏角、交点里程、坐标以及中线桩间距输入到手簿中。图3圆曲线参数设置2)曲线计算。输入曲线参数后,单击“确定”,则完成曲线计算。图4显示的为曲线计算出来的结果,单击“确定”。图4圆曲线计算结果3)曲线设计。如图5所示:RTK手簿利用自身软件便可以进行线路曲线的设计,并把需要放样的点及图形显示在手簿的屏幕上。图5圆曲线图形显示4)选择放样点,进行放样。选择图5中的待放样点后,该点的坐标、里程等信息就可以在屏幕下方查看到。4结论RTK技术在线路工程测量中的应用,对线路工程测量的手段和作业方法产生了革命性的变革，解决了道路工程范围较大、控制点较少、相互不通视等问题,极大地提高了测量精度和作业效率。4.1定位精度高只要在规定的作业半径范围内，RTK获得的数据就安全可靠，没有冗余误差累积，其动态定位精度能够达到厘米级，相对定位精度接近毫米级，能够满足各种工程测量的要求。4.2作业效率高RTK的作业半径范围一般为数公里，其观测时间也非常短，仅需几秒钟即可获得一点位的坐标，能大大减少传统测量所需要的控制点数量和外业测量的“搬站”次数，而且只要一人操作即可，加快了作业速度，降低了劳动强度，提高了劳动效率。4.3测站间无需通视与传统测量相比，RTK技术不要求测站之间通视，只要测点上方开阔，能够接收GPS卫星信号即可，从而降低了测量作业对条件的要求，不受能见度、气候、季节等因素的影响与限制。通常只要满足RTK与卫星的通讯，就能进行快速且高精度的定位，同时使外业选点工作变得更为灵活，按需选点。4.4作业自动化RTK集成化程度高，利用内嵌式软件，无需人工干预便可进行多种测绘作业，其操作简便，使得测量辅助工作极大减少，避免了人为误差，提高了作业精度。总之，RTK技术使得线路测量工作变得简单，随着相关技术的日趋成熟，必将进一步提高测量作业的效率，降低劳动强度，更好地服务于公路工程建设。参考文献[1]胡伍生，高成发.GPS测量原理及其应用[M].北京：人民交通出版社，2002.[2]陶东奎.RTK技术的特点及提高成果精度的技术关键[J].山西师范大学学报：自然科学版，2007，21：118-120.[3]黄张裕，陈苏娟，徐于月.GPSRTK在线路测量工程中的应用分析[J].公路，2007，（9）：89-92.[4侯士强.基于GPS－RTK技术的分析与应用[J].新疆电力，2006，（4）：68-72.[5张唯，卢传伦，游长锋.RTK技术在公路改线测量中的应用[J].山西建筑，2008，34（2）：351-352.[6]南方灵锐s80产品说明手册