RTK技術在公路測量中的應用
2012-08-15 來源：作者：宋志新 劉希安 來源：中國論文網(wǎng)
RTK（RealTimeKinematic）技術又稱載波相位動態(tài)實時差分技術，能夠實時地提供測量點在指定坐標系中的三維坐標，并達到厘米級精度。具備靈活、快速、省時、省力等優(yōu)點，顯著地提高工作效率。RTK技術能夠替代常規(guī)控制測量，如一、二級導線測量，圖根控制測量，圖根水準測量等。目前，該技術已廣泛應用于地形測量、航空攝影測量、地籍測量、房產(chǎn)測量、勘界與撥地測量、工程測量等各個領域。
1、RTK測量原理
RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS接收設備、數(shù)據(jù)傳輸設備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關鍵設備。軟件系統(tǒng)具有能夠實時解算出流動站的三維坐標的功能。
RTK測量技術，其基本原理是：在基準站上設置1臺GPS接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設備，實時地發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地解算整周模糊度未知數(shù)并計算顯示用戶站的三維坐標及其精度。通過實時計算的定位結果，便可監(jiān)測基準站與用戶站觀測成果的質量和解算結果的收斂情況，實時地判定解算結果是否成功。
2、RTK在公路測量中的應用
2.1外業(yè)準備及踏勘。根據(jù)設計方案在1：10000地形圖上確定路線基本走向，與鐵路、公路、河流交叉位置以及起終點連接方案等，擬定首級控制網(wǎng)圖形。在現(xiàn)場踏勘中重點搜集地物、河流、村落等影響線路走向的因素，初步確定首級控制網(wǎng)的布設位置。
2.2首級控制測量。公路測量一般是在直角坐標系中進行，而RTK采集的是WGS84坐標，這就存在WGS84坐標與直角坐標系的坐標轉換問題，由于RTK作業(yè)要求實時給出直角坐標系的坐標，這使得坐標轉換工作非常重要。為了計算坐標轉換參數(shù)，就需要聯(lián)測不少于3個高等級的國家控制點，當然能聯(lián)測更多的國家控制點可以提高坐標轉換參數(shù)的精度，可以計算坐標轉換殘差，確定控制點的可靠性。聯(lián)測好國家控制點后，GPS接收機手薄能自動解算坐標轉換參數(shù)并進行坐標校正和高程擬合。接下來根據(jù)公路線路的長度，每隔3~5公里布設一個首級控制點，控制點的位置要離開公路中心線一定的距離，以免施工遭到破壞。對首級控制網(wǎng)進行靜態(tài)定位測量，在GPS衛(wèi)星數(shù)≥5顆，觀測時間控制在20分鐘以上時，可達到1~2cm的平面精度。
2.3地形圖測繪。公路定線大多是在大比例尺（通常是1：1000或1：500）帶狀地形圖上進行，用傳統(tǒng)的方法測圖，首先要建立控制網(wǎng)，然后進行碎部測量，繪制大比例尺地形圖。這種方法受到公路交通、行道樹等諸多影響，工作量大、速度慢、花費時間長。采用RTK動態(tài)測量技術，在控制點上架設基準站，啟動流動站后在沿線每個碎部點上只需停留2~5秒，即可獲得點位坐標，結合輸入的點特征編碼及屬性信息，構成碎部點的數(shù)據(jù)，或采用野外繪制草圖的方法，室內用繪圖軟件成圖。數(shù)據(jù)采集速度快，大大降低了測圖難度，既省時又省力。
2.4道路中線放樣。RTK測量技術用于公路中線放樣，放樣工作一人即可完成。將公路定線參數(shù)如逐樁坐標、交點坐標等傳輸?shù)絉TK的外業(yè)控制器，即可放樣。放樣方法靈活，即能按樁號也可按坐標放樣，并可以隨時互換。放樣時屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動，直到誤差小于設定的為止。對15km以內的公路將基準站架設于線路中部，即可滿足全線的放樣工作，無需搬站。每個點的測量都是獨立完成得，不會產(chǎn)生累積誤差，各點的放樣精度趨于一致。對于公路放樣，穿越水面、建筑等障礙物時，還可實現(xiàn)路中線上任意點放樣，這是常規(guī)測量無法實現(xiàn)的。
2.5公路縱、橫斷面測量。公路中線確定后，利用測區(qū)內的高程控制點，進行多點高程擬和，使RTK高程精度達到厘米級，便可用RTK采集斷面數(shù)據(jù)，通過繪圖軟件即可繪出路線縱斷面和各樁點的橫斷面，也可根據(jù)用戶的需要提供縱橫斷面數(shù)據(jù)，對于新建公路可以一邊放樣一邊測斷面，實現(xiàn)路中樁放樣和斷面測量一體化作業(yè)。RTK動態(tài)測量應用于公路縱、橫斷面測量，可獲得良好的效果，與傳統(tǒng)方法相比，在精度、經(jīng)濟、實用各方面都有明顯的優(yōu)勢。
2.6施工控制網(wǎng)的測設。在首級控制網(wǎng)的基礎上，施工控制網(wǎng)采用RTK技術，每隔500米左右測設一個施工控制點，其精度可達到一級導線的精度，在測設過程中用首級控制網(wǎng)進行檢驗，誤差控制住2cm以內即可滿足要求。
3、RTK實測中應注意的問題及對策
RTK技術在公路測量中有廣闊的應用前景，但由于公路交通的特殊環(huán)境，存在諸多不利于RTK作業(yè)的因素，如交通流、無線電網(wǎng)絡等。在大量實踐中發(fā)現(xiàn)許多測量過程中的問題，經(jīng)過認真分析，主要有以下幾方面：
1、由于實時動態(tài)RTK測量與衛(wèi)星分布以及數(shù)據(jù)鏈的性能有關，為了保證觀測數(shù)據(jù)的可靠性，在開始觀測前先聯(lián)測其他已知點進行對比，已確定基準站和流動站各參數(shù)設置是否正確，以及數(shù)據(jù)鏈通訊是否正常。在觀測一段時間或儀器失鎖以及觀測結束前都進行這一檢測，這樣可以有效判斷儀器是否處于正常狀態(tài)，從而確保觀測成果的可靠性。
2、為提高觀測成果的精度，在進行控制測量時流動站宜采用三角架或帶支架的對中桿，這樣流動站天線穩(wěn)定性好，對中整平誤差小。
3、RTK作業(yè)時，有時出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈不穩(wěn)定的現(xiàn)象。可能是由于流動站附近存在與電臺頻率相同的外界無線電，干擾了無線電的傳輸，這時應通知基準站重新選擇電臺發(fā)射頻率，流動站也同時選擇接受頻率。也可能是電臺的電量不足，應及時充電。
4、在RTK測量過程中，有時會出現(xiàn)在某個區(qū)域或某一時段，解算時間較長甚至無法獲取固定雙差解的情況。這可能是周圍存在反射性較強的建筑物、水面、臨時停車等引起的多路經(jīng)效應，可選擇復位后重新觀測記錄；也可能沒有足夠的衛(wèi)星可用或衛(wèi)星分布不利，可選擇適當提高衛(wèi)星高度角。
4、結束語
RTK實時動態(tài)測量技術是繼GPS全球定位技術之后，測量領域又一次技術變革。它改變了傳統(tǒng)的測量模式，在不通視的條件下遠距離傳輸三維坐標。在作業(yè)中通過良好的質量控制方法和優(yōu)化作業(yè)方法，使RTK技術的應用效果更加良好。隨著RTK技術的日趨成熟，必將更好的服務于測繪各個領域。
