GPS-PTK在道路測(cè)量中的應(yīng)用
2012-02-06 來源：中國(guó)鳴網(wǎng)
1、GPS-RTK控制測(cè)量
全球定位系統(tǒng)（GPS）具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能，能提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。GPS-RTK技術(shù)作業(yè)效率高，可以在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供經(jīng)過檢驗(yàn)的測(cè)量成果，能夠在滿足精度的前提下，擺脫后處理的負(fù)擔(dān)和外業(yè)返工的困擾。
2、GPS-RTK技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
1）作業(yè)效率高。在一般的地形地勢(shì)下，高質(zhì)量的GPS-RTK設(shè)站一次即可測(cè)完4km半徑的測(cè)區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x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(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高勞動(dòng)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(nèi)（一般為4km），GPS-RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。3）降低了作業(yè)條件要求。GPS-RTK技術(shù)不要求
2點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足電磁波通視。因此，和傳統(tǒng)測(cè)量相比，GPS-RTK技術(shù)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(cè)量看來由于地形復(fù)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(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。
3、RTK在公路工程中的應(yīng)用
3.1控制測(cè)量
用GPS建立控制網(wǎng)，最精密的方法當(dāng)屬靜態(tài)測(cè)量。對(duì)大型建筑物，如特大橋、隧道、互通式立交等進(jìn)行控制，宜用靜態(tài)測(cè)量。而一般道路工程的控制測(cè)量，則可采用RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量。這種方法在測(cè)量過程中能實(shí)時(shí)獲得定位精度。當(dāng)達(dá)到要求的點(diǎn)位精度，即可停止觀測(cè)，大大提高了作業(yè)效率。由于點(diǎn)與點(diǎn)之間不要求通視，使得測(cè)量更簡(jiǎn)便易行。在道路的設(shè)計(jì)路線上做控制測(cè)量時(shí)。如果選擇合適的數(shù)據(jù)鏈方案，RTK技術(shù)就可在長(zhǎng)邊靜態(tài)測(cè)量中效果明顯，當(dāng)邊長(zhǎng)超過20km時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)15-30mim后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)解開始趨向穩(wěn)定。如果連續(xù)10min內(nèi)3維坐標(biāo)分量的最大變動(dòng)不會(huì)超過5μmD，且最后5min內(nèi)的互差小于2μmD時(shí)，用戶可以根據(jù)具體的實(shí)際需要，決定是否要繼續(xù)測(cè)量。
3.2線路勘測(cè)
在公路選線過程中，我們往往要按著勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范本著盡量利用舊路路基這樣一個(gè)原則，如何準(zhǔn)確設(shè)計(jì)好道路中線使其符合設(shè)計(jì)要求，可以利用GPSRTK技術(shù)，用車載GPSRTK接受機(jī)做流動(dòng)站，沿原路中線按一定間隔采集數(shù)據(jù)，選擇另一已知點(diǎn)為參考站，遇到重要地物，準(zhǔn)確定位，最后將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，利用Autocad軟件可以方便在計(jì)算機(jī)上選線。設(shè)計(jì)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(biāo)定出來。并得到中樁坐標(biāo)及坐標(biāo)文件。采用實(shí)時(shí)GPS測(cè)量，只需將中樁點(diǎn)坐標(biāo)或坐標(biāo)文件輸入到GPS電子手簿中,系統(tǒng)軟件就會(huì)自動(dòng)定出放樣點(diǎn)的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)測(cè)量都是獨(dú)立完成的，不會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差，各點(diǎn)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(shí)，只要先輸入各主控點(diǎn)樁號(hào)，然后輸入起終點(diǎn)的方位角、直線段距離、緩和曲線長(zhǎng)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(jiǎn)單實(shí)用，比起傳統(tǒng)的極坐標(biāo)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(diǎn)的樁號(hào)就行了，剩下工作由GPS來完成?？v斷放樣時(shí)，先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中，生成一個(gè)施工測(cè)設(shè)放樣點(diǎn)文件，并儲(chǔ)存起來，隨時(shí)可以到現(xiàn)場(chǎng)放樣測(cè)設(shè)。橫斷放樣時(shí)，先確定出橫斷面形式，然后把橫斷面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中，生成一個(gè)施工測(cè)設(shè)放樣點(diǎn)文件，儲(chǔ)存起來，并隨時(shí)可以到現(xiàn)場(chǎng)放樣測(cè)設(shè)。同時(shí)軟件可以幫助你自動(dòng)與地面線銜接進(jìn)行“戴帽”工作，并利用“斷面法”進(jìn)行土方量計(jì)算。通過繪圖軟件，可繪出沿線的縱斷面和各點(diǎn)的橫斷面圖來。因?yàn)樗脭?shù)據(jù)都是測(cè)繪地形圖時(shí)采集而來的，不需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)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(cè)共有誤差源，除此之外，還有受基線解算精度、基準(zhǔn)站點(diǎn)位精度、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換精度的影響，但是在RTK作業(yè)中，基線解算精度可以達(dá)到10cm+1μmD；基準(zhǔn)站點(diǎn)位精度平均在3cm之內(nèi)；坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換精度，對(duì)于10km基線亦在3cm以內(nèi)，動(dòng)態(tài)作業(yè)由于測(cè)距偏心，天線高誤差等一般也在3cm以內(nèi)，至于正常高擬合與內(nèi)插精度取決于聯(lián)測(cè)點(diǎn)數(shù)目與分布、擬合模型等，一般在5～10cm內(nèi)是能夠做到的。總的來說,，RTK的精度為厘米級(jí)，一般的道路工程應(yīng)用是足夠的。
4、工程測(cè)量應(yīng)用實(shí)例
4、1工程概況
某三級(jí)公路，全線30多公里的山嶺重丘地區(qū)，其設(shè)計(jì)線路大致為東西走向，途經(jīng)一條小河、叢林及長(zhǎng)約20km的舊路。這個(gè)工程的中線放樣測(cè)量，由于通視條件較差，采用南方$80雙頻GPS接收機(jī)來進(jìn)行和索佳s610全站儀進(jìn)行測(cè)設(shè)?？刂凭W(wǎng)布置見圖1所示。
表1部分RTK與全站儀同樁號(hào)坐標(biāo)誤差比較
4、2測(cè)量結(jié)果的精度評(píng)估
RTK放樣結(jié)果的精度，除受基準(zhǔn)站點(diǎn)位精度影響外，還受模糊度解算誤差、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換誤差、GPS天線對(duì)中誤差等的影響，因而在上述工程的實(shí)際放樣工作中，流動(dòng)臺(tái)在放樣施測(cè)的同時(shí)，隨時(shí)對(duì)沿線的。RTK測(cè)量的點(diǎn)位精度可達(dá)厘米級(jí)，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比各點(diǎn)位之間不存在誤差累積，滿足高等級(jí)公路放樣測(cè)量的精度要求。為了提高精度，最好選5個(gè)以上的點(diǎn)利用最小二乘法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。為了校驗(yàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度和正確性，還可以選用幾個(gè)點(diǎn)不參與計(jì)算，而帶入公式起校驗(yàn)作用，經(jīng)過校驗(yàn)滿足要求的轉(zhuǎn)換參數(shù)認(rèn)為是可靠的。已知控制點(diǎn)建立投影的局部歸化參數(shù)時(shí)，盡量使用同一網(wǎng)平差的控制點(diǎn)或同一等級(jí)內(nèi)的同一個(gè)三角形的點(diǎn)作為起算點(diǎn)。
5、結(jié)束語
RTK技術(shù)以實(shí)時(shí)獲得觀測(cè)結(jié)果，大大提高作業(yè)效率。RTK技術(shù)應(yīng)用于道路放樣測(cè)量，其定位精度較高，完全能夠滿足規(guī)范要求，在施測(cè)過程中，能實(shí)時(shí)檢驗(yàn)質(zhì)量控制指標(biāo)，因而能實(shí)時(shí)提供經(jīng)檢驗(yàn)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(cè)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。
