GPS RTK技术于道路放样中的应用

刘森孙琳武丽兵

摘要：主要从RTK（动态实时差分技术）对道路中桩进行测放这一技术，提出了放样测量的基本思路及数据处理方法。实践证明，利用RTK技术进行道路放样有精度均匀、作业灵活等特点，其在道路测量方面的应用必将越来越广泛。

关键词：全球定位系统（GPS）; RTK（动态实时差分技术）;道路放样

Abstract: Mainly from pile in road moulding survey by RTK (real time kinematic), this paper puts forward the basic thoughts and processing methods of the moulding survey. Practice proves that the RTK technology for road moulding survey have the features of precision unity, flexible operation. And its application in road measurement will be more and more widely.

Keywords: global positioning system (GPS); RTK (real time kinematic); road moulding

中图分类号: U671.2文献标识码：A文章编号：

一、引言

全球定位系统（GPS），是伴随现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星定位系统；而实时动态（Real Time Kinematic－RTK）测量技术，则是GPS测量技术与数据传输技术相结合的产物，它是GPS测量技术发展上的一个新突破。随着对GPS RTK的深入研究，RTK定位技术在测量工作中应用越来越广泛，也越来越收到测量工作者重视。

二、GPS RTK技术的基本原理及系统组成

2.1 GPS RTK技术的基本原理

高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值。RTK技术就是以载波相位观测量为根据的动态实时差分(Real Time Kinematic)技术，它的基本思想就是在基准站安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续的观测，并将其观测数据(伪距和载波相位观测值)和测站坐标信息(如基准站坐标和天线高度)，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。用户站在完成初始化后，一方面通过数据链接接收来自基准站的数据，另外自身也采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，再经过坐标转换和投影改正，即可给出实用的厘米级定位结果，实时地计算并显示用户站三位坐标。

GPS测得的大地高属于WGS—84系统，因此必须采用高程拟合的方法，来求得正常高。而高程拟合的精度高低取决于参与拟合的水准点的个数及分布的均匀程度。

2.2 RTK系统的基本组成

RTK系统主要由三大部分组成：一个基准站、若干个流动站和通讯系统。

以Leica GPS1200 RTK系统为例

GPS接收机（数据记录在128M内存的CF卡中）

GPS天线 :接收天空中的卫星信号，并通过天线电缆将卫星信息数据传输给接收机。

天线电缆：有2.8米；1.2米和1.6米加长电缆，为连接GPS天线和接收机。

三脚架及基座、流动站对中杆、电台天线（鞭状天线连接器与鞭状天线），电缆、电台电源

2.3 仪器的架设和安装

2.3.1基准站架设

基准站应架设在测区内地势较高，视野开阔的地方（已知点和未知点均可）。作业期间，基准站的接收机应连续跟踪全部可见GPS卫星，并将其观测数据通过数据传输系统，实时的发送给用户站。下面为基准站的架设流程：

1）将三脚架架设在基准站点上，整平对中，将GPS天线安装在基座上

2）将GPS接收机与GPS天线正确连接

3）控制器连接到主机上

4）将电台天线与天线电缆连接上

5）将电台天线电缆连接到天线接口上

6）将电台主机正确连接到蓄电池（注意+/-）带保险管的接+极。注意：在启动基准站开始测量之前，请检查电台天线，天线电缆以及电台主机是否已经正确连接，避免烧掉电台。

7) 用电台数据电缆将电台连接到GPS主机端口上）

8电台天线（架设越高通讯距离越远）不要架在高压、传输线及变电站附近。

三、手簿软件说明

主菜单的构成

手簿全中文菜单式操作，思路清晰，简单明了，它共包含六大菜单：1．包含了所有的测量工作，静态；参考站；流动站的测量。2．程序：包括测量，唤醒，COGO,定义坐标系，定线工具包，道路测设和放样3．管理：包含了对仪器内的所有的数据等信息的管理，有作业，数据，编码，坐标系，配置集和天线4．转换。5． 配置：仪器里一些常用参数的设置。6． 工具。

四、中桩的RTK放样

我们这次测量的主要任务是对中桩进行测放。

4.1 准备工作

在进行外业放样之前，我们可以先把各种参数设置好。在进行放样的时候，我们采用的是要素法定义道路。

一般情况下，设计道路由道路的起点、终点和直线、圆曲线以及缓和曲线组成。定义道路时，给定道路的起点后，依次输入决定线段的要素，各线段首尾相连形成道路。其中定义圆曲线时有三种方法可用：弧长和半径、角度变化量和半径、偏角和半径；定义缓和曲线时，应把缓和曲线分成三部分：入螺旋线、弧线和出螺旋线。

定义道路一般都是水平定线，新建要素，输入道路的起点坐标。如果道路的紧接要素为直线，应选择相应的元素类型，然后输入直线的方位角和角度，程序自动计算直线的结束坐标，这点可以与设计方给定的坐标检验。

继续新建道路。假如下一段为弧段，定义弧段有三种方法：弧长和半径、角度变化量和半径、偏角和半径。我们可以根据情况自主选择。起始方位角承接上一要素的方位角，不用再改变。弧段方向左或右，是根据定义道路前进方向曲线是左偏还是右偏。

如此方法依次定义各道路要素，检查结束点坐标是否与设计坐标一致。定义完后接受此道路。

4.2放样道路

启动基准站后，当校正点输入完成后，程序自动计算水平和高程残差，如果在限差范围内，就可以使用坐标校正成果，程序自动保存坐标系。并且应用在道路放样项目任务中。

放样道路时可以从道路上的任何里程开始，控制器实时显示所在位置的里程而不是每次放样都要从起点开始。我们可以选择让GPS按一定数值自动增加桩号放样，到现场后参考站架设完毕后即可放样。一般选择按桩号放样。当输入一个桩号后，GPSRTK马上就会提示你目前位置距桩号位置多远，什么方向，中间的小圆圈是桩号位置，十字是当前位置，会随着人的移动而移动，当当前位置距离桩号位置小于50cm时，仪器会发出“嘀嘀”声。当十字进入小圆圈时，放样成功，即可钉桩。

另外，也可以从旁边的几行数字看出当前位置距桩号位置的前后左右的距离，然后决定是否修改桩号。

当十字进入圆圈后，或数字显示的距离在《公路勘测规范》允许范围内时，即可测该桩号的高程，测3个～4个历元，然后输入桩位说明，再存储一下，一个点就测放完毕。

4.3误差来源及削弱措施

GPS RTK技术在测放路线中桩时，其误差来源是多方面的，如卫星星历误差，卫星钟误差等，还有在作业时的对中误差等，这里就作业时需引起注意的几方面作一阐述。

多路径效应的影响对使用RTK来讲是很大的，因为观测时间较短，尽管硬件和软件能降低这种影响，但是在树林边，河边等一些敏感地段测放中桩时，适当延长观测时间还是有必要的。

电离层影响。一般来讲双频观测能抵消大部分的电离层的影响，值得注意的是，在流动站与参考站之间的高差较大或距离较远时，或者卫星高度角较小时，这种误差能达到5 cm～10 cm。这些在作业时应尽量避免。

另外在高程拟合方面，大地水准面模型的精度高低也直接影响到内插值的精度。

五、结论

从整个使用过程来看，GPSRTK技术应用于道路中桩放样有如下优点：

1、 作业区域的任意性提高了工作效率

全站仪测量时，测站与前点是要求相互通视的，否则就无法工作。因此在某些区域，用全站仪放中桩时，部分时间消耗在搬站、清除障碍物等方面。GPS作业时，对区域内的站点之间不要求通视。流动站与参考站之间的联系是建立在无线电波的基础上的，只要参考站架设完毕，在3km(有些地区可能短些)范围内，流动站可以任意作业，大大提高了工作效率。

2 、作业过程的灵活性提高了作业速度

全站仪放样时，是由测站指挥前点到相应的桩号去，前点再把情况反馈给测站作调整，这样交流几次，才能将桩号定下来。对于GPSRTK来讲，前点即流动站是独立的。仪器会引导你去相应桩号位置，如不合适，可以自由调整桩号，无须交流，从而提高作业速度。

3 、作业时间的无限性提高了完成任务的弹性

GPSRTK技术在测量时，由于是单点作业，因此受环境因素，人为因素影响较小。只要能看清楚走路，就能放中桩。它可以在夜晚、雾天、雨天等恶劣天气条件下工作，而全站仪则不行。它提高了完成任务的弹性。

4 、作业模式的一致性提高了点位精度的均匀性

全站仪测放中桩时，由于受干扰因素较多，因此常采取一些辅助方法如利用支点放样，将棱镜升高、降低等。这些情况下放出的中桩其点位精度会比正常情况下放样的点位精度低。这样在整条线路放样过程中，其中桩点位精度就必然忽高忽低，不易控制。GPSRTK测量时，其点位精度是实时显示的，且每一根中桩的放样过程基本一致，所测放的中桩点位精度也大致相同，因此可以保证中桩点位精度的均匀性。

此外，GPSRTK技术还可以应用在监测大桥形变，作路线控制点，公路GIS等许多方面。可以预见GPSRTK技术在公路测量方面的应用必将越来越广泛。

参考文献

【1】 李青岳、陈永奇，工程测量学，测绘出版社1995年5月，第二版

【2】 刘基余，GPS卫星导航定位原理与方法，科学出版社，2003年8月，第一版

【3】 柳响林，GPS RTK技术及其在工程测量中的应用，控制测量与GPS应用论文集，1999年7月，第二期

【4】 周兴顺，RTK技术应用于高速公路中桩放样，华东公路，2002年8月，第四期