GPS-RTK在土石方工程中的应用

华雪吟 屠彦钧 钱锋

摘要：结合某工作区TD标土石方工程施工，介绍GPR-RTK的定位技术及原理，阐述了GPS-RTK在土石方工程测量中的应用和优点及存在的几种误差和解决的方法。

关键词：GPR-RTK 定位技术 土石方测量质量控制

Abstract: Combination of the workspace TD bids earthworks to introduce the GPR-RTK positioning technology and principles，elaborated GPS-RTK in the earthwork engineering survey application and the merit and existence several kind of errors and the solution methods.

Key words: GPR-RTK；Positioning Technology； Survey of Earthwork；Quality Control

中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：

一、引言

土石方工程是指土建工程中土体开挖、运送、填筑、压密、以及弃土、排水、土壁支撑等工作的总称。土石方工程主要应用于：工业园区的土地平整、场地的平整、路基（槽）与管道沟开挖、路基开挖、人防工程开挖、地坪填土、路基填筑及基坑回填、还有矿山的表层剥离和矿体的开挖等等。

土石方工程在建设项目中的意义： a、完成拟建项目的场地平整，为建筑物的基础开工创造条件。b、完成整个场地景观的初步造形。c、完成整个场地后期的土石方基本平衡调配，包括基础开挖土石方在整个场地的平衡调配。d、在场地具备的条件下，为后期景观种植土的回填储备种植土资源。e、完成整个场地的竖向标高控制。f、整个工程成本控制的重点。

二、GPS-RTK的定位技术及原理

GPS-RTK定位技术是以载波相位，观测值为根据实时差分GPS（RTKGPS）技术，它是GPS测量发展的一个新突破，在土石方工程测量应用中应有广阔的前景，实时动态定位（RTK）系统是由基准站流动站组成的，建立无线数据通讯实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据相对定位的原理实时计算显示出流动站的3维坐标和测量精度，这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基准线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少多余的观测，提高工作效率。

三、GPS-RTK在土石方工程测量中的应用

(一）测前的资料准备

1、由项目指挥部提供的TD标项目所在的界址点资料，控制点成果资料。

2、由项目指挥部提供的TD标20*20米的方格网土石方计算图、全场粗平标高图。

3、由项目指挥部提供的TD标的施工细则和规范等相关资料。

4、实地了解作业区的地理环境、现状等。

（二）技术设计和设备准备

设计技术路线：根据测区现状采用GPS-RTK进行边界点和20米方格网点的测量及相关特征点的测量，使用一台Trimble Net5接收机作为基准站，一台Trimble SPS 900双频接收机作为流动站，使用Trimble系统数据处理软件进行数据处理，在Trimble系统TBC软件下进行土石方量的计算，在办公软件包下进行成果整理上交使用。

（三）TSC2控制器(及电子手簿)的准备

在采集数据时主要是通过电子手簿来操作，所以要把测量的参数设置好并把相关的设计文件做好。

先将电脑和TSC2控制器通过数据线连接上并且同步。将做好的20米方格网坐标数据文件（.csv）和校正文件（.csv）及背景图形文件（.bxf）以设计文件添加到电子手簿中，并且在电子手簿中新建一个工地（例如TD）先加载工地校正文件然后在加载点文件（坐标数据文件.csv）和背景图文件就完成了在电子手簿中工作任务的创建，在将水平精度、垂直精度设置为2.5厘米就完成了电子手簿的设置。

（四）GPS-RTK的外业数据采集的流程

1、基准站的设置

为了给新机场的各个土石方施工单位提供方便，指挥部设置在三个固定基站，在已知的控制点上架设接收机和天线，打开接收机将设置的参数(坐标系)读入GPS接收机，建立（或选择）配置集，输入基准站的相应的坐标和天线高，基准站GPS接收机通过转换参数将相应的坐标转换为WGS-84坐标，同时连续接收所有可视GPS信号并通过数据发射电台将其测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去。待电台指示灯显示发出通讯信号后流动站即可开展工作。

2、流动站的设置

连接基站，打开工作任务菜单，在SCS900主界面中点6（系统设置），进入系统设置菜单，点2（设置流动站），连接选择是指接收机与控制器的连接方式，其用蓝牙（SPS780、SPS881），需要选“无线”，用有线方式连接（SPS651），则选“电缆/CF卡”，并点击确定；自动检测接收机，此时蓝牙正在扫描接收机，如果第一次连接，会提示扫描到的接收机号，如果之前连接过，则会提示“您想连接最后使用的接收机（SPS780/881，XXXXXXXXXX）”，选择之后接收机与控制器连接。选择基准站与流动站的连接方式，点1（通过接收机内的电台）选择电台信道或网络界面，选择工区所用基站的电台信道。确认后，开始进行信道扫描，当收到基站电台信号时，接收机面板中间的电台指示灯开始一秒一闪，完成流动站的设置。

3、RTK测量的精度检验

在作业过程中，完成了流动站的设置后对RTK测量的精度检验是每天作业前的必需做的工作，经过检查RTK精度指标符合规范规定指标，与基准站的精度对比符合要求，平面位置和高程较差符合要求后方才进行实测作业。有关GPS-RTK测试精度统计如表3-1：

表3-1基准站信息

检核点平面位置互差（cm） 检核高程互差（cm）

A误差：-2.5≤△A≤2.5 H误差：-5≤△h≤5

A误差：-2.5≤△B≤2.5

4、方格网点放样及高程数据的采集

(1)边界点的数据采集

边界点是指：施工区域的范围界址点，是确定施工区域范围的依据。

在进行数据采集的时候，首先要采集范围的边界点数据，边界点数据包括坐

标和高程，采集密度定义为10-20米，并且遇到有地形变化的地方要进行加密。需注意“务必需要采集边界点数据，否则会由此导致的不准确的土石方计量结果”。

在主菜单中选择“测量”选项，在弹出的测量菜单中选择“测量表面”；设置天线高度为2米（天宝的对中杆标准高度为2米），点击“确定”按钮；即可进行边界点的测量。此时只需将对中杆立在要测的边界点上点击“记录”即可获得边界点的三维坐标了，如此操作顺着施工区域的边界跑一圈就可获得边界点数据。

(2)方格网点的放样及高程数据采集

边界点的范围测定后，就要将边界范围内的方格网点在实地放出来。

在主菜单中选择“放样”选项，在弹出的测量菜单中选择“点”，选取所要放的方格网点（有相应的图标）并点击“确定”根据提示拿着对中杆找到每个方格网点，并将其立在待测点上，只要水平精度、垂直精度达到±2.5厘米就可以点击“确定“即可获得每个方格网点相应的高程数据。

5、数据的输出

通过Trimble Data Manager（简称DM）软件，找到相应的控制器（例如TSC2SS68C23312）并将测量数据传输到电脑中，在办公软件包下对数据进行整理交给内业人员进行算量、使用。

四、放样功能在测量过程中的应用

GPS-RTK在土石方工程中主要是通过放样的功能来获得每个方格网点的高程。土石方的填筑主要是进行抄平、层厚的控制、找平层的控制。将TD标的方格网数据包含坐标、设计标高的数据文件做成设计文件（.csv）将其导入电子手簿建立一个工作任务就可对现场的填筑过程进行抄平、层厚的控制了。还可以实地实时的就知道每个方格网点的填挖情况；还可以将全场的等高线转换成.ttm的数据文件后倒入电子手簿用同样的方法就可以获得除方格网以外的任意点的填挖情况。在现场测量时通过“放样”的功能将每个方格网点放到实地，并在每个点都打上木桩，然后根据显示填挖的多少在每颗木桩上标记出来。这既方便现场的管理人员能及时纠正错误，也能让机械操作手有一个了解便于施工。

由此可以得出传统测量方法与GPS-RTK的测量方法的比较见表4-1

表4-1对照表

序 号 传统测量方法

（目前仍被用在工地土方测量中） GPS-RTK的测量方法

1 无法全天候作业，受天气影响较大 全天候作业，甚至可以用于夜间施工（测量、机械）

2 测量密度低，数据粗糙 测量密度高，数据精细，更接近原始地表

3 测量效率低，无法得到工地进度的实时报告 测量效率高，可保障2-3天出具全场区的土方进度报告

4 常使用人工图纸比对方法获得当前施工面与设计的满足情况，效率低 系统自动提示当前设计的满足情况，并通过声音和图像进行提示，并自动生成报告和统计图表

5 现场测量人员偏多，影响施工进度 最多采用传统方法中测量人员的半数即可完成工作

五、GPS-RTK在土石方测量过程中的主要误差来源

（1）人为的测量误差。测量的仔细程度是影响测量精度的主要因素，测量过程中电子手簿是否已初始以及手持测杆是否垂直，都会影响到测量的精度甚至引起测量成果是错误的。

（2）测量环境引起的误差。树木等一些较高的植物、房屋等建筑物、高压线等电力设施、通讯等都会对测量成果造成影响，甚至难以初始化，所以要尽量避开这些干扰源。

（3）基准站的影响。基准站架设的控制点精度及基准站信号的强弱对流动站的测量精度有一定的影响，尤其是阻挡物比较多的情况下影响更大。测量中应尽量把基准站架设在高精度的控制点上，同时基准站应选择在比较高的位置。

（4）GPS观测误差还包括星历误差、电离层误差、对流层误差、卫星钟误差、传播延迟误差等。

六、GPS-RTK在土石方测量过程中的质量控制

为了减小测量误差的影响，作业过程中应采取如下方法进行质量控制：

（1）选用精度和稳定性都较好的高质量的机型。

（2）选择作业时间段尽量避开中午，利用良好的时间段进行RTK测量，这样不仅效率快而且精度高；

（3）在布设测量控制网时，利用GPS静态机或全站仪多布设一些控制点，作为RTK测量成果质量控制的检核点；

（4）每次初始化成功后，先重测1-2个已测过的RTK点货高程精度控制点，确认无误后在进行RTK测量；

（5）在测区内建立两个以上的基准站，并采用不同的频率发送数据。

以上的几种方法中最可靠的是在已知点进行检核。

七、结束语

GPS技术在土石方工程测量中的应用，特别是RTK技术将彻底改变土石方工程测量的模式。尤其彻底是RTK技术无需通视，可以单人作业和放样操作简便、直观方便等优点更显出其优越性。RTK的水平精度可达±1cm，垂直精度可达±2cm；最大工作距离为25Km，在10Km范围为最佳状态，彻底摆脱了由于粗差超成的返工，提高了GPS-RTK的作业效率，每个放样点只需要停留1-2分钟。RTK技术精度较高可达厘米级，并能实时实地得出所在位置的3维坐标，它还可以直接进行实地实时放样和点位测量等。应此GPS-RTK在土石方工程中有着广阔的应用前景。

参考文献

[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽明编著.GPS测量原理及应用[M].武汉大学出版社，2007.12

[2]曹晓晗，普洪周.RTK技术在公（铁）路勘测中的应用[J].测绘与空间地理信息，2009.2

[3]徐延鹏，李东海.GPS-RTK在输电线路测量中的应用[J]. 空间地理信息，2009.2

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。