gps-rtk在公路縱橫斷面測(cè)量中的應(yīng)用

1、網(wǎng)絡(luò)RTK在公路縱橫斷面測(cè)量中的應(yīng)用鄧慶海（長(zhǎng)江空間公司遙感數(shù)字工程院）摘要:介紹了 RTK在公路縱橫斷面測(cè)量中的使用方法，并通過(guò)實(shí)際工程應(yīng)用分析對(duì)比，確 定了此方法的優(yōu)越性.關(guān)鍵詞:CORS站、參數(shù)計(jì)算、曲線要素、斷面數(shù)據(jù)格式。一、GPS-RTK測(cè)繪步驟以及誤差處理1.1 GPS-RTK測(cè)繪步驟當(dāng)前，利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)綜合系統(tǒng)（Continuous Operational Reference System,縮寫為CORS）已成為城市GPS應(yīng)用的發(fā)展熱點(diǎn)之一。 CORS系統(tǒng)是衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通訊技術(shù)等高新科技多方位、深度結(jié)晶 的產(chǎn)物。CORS系

2、統(tǒng)由基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)播發(fā)系統(tǒng)、 用戶應(yīng)用系統(tǒng)五個(gè)部分組成，各基準(zhǔn)站與監(jiān)控分析中心間通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)連接成一體，形 成專用網(wǎng)絡(luò)。在我們進(jìn)行測(cè)量之前首先要確認(rèn)移動(dòng)GPS已取得CORS基準(zhǔn)站的受權(quán)（擁有 賬號(hào)和密碼）。當(dāng)我們連接上CORS站能夠獲得解算時(shí)，我們要注意我們此時(shí)獲得的坐標(biāo)系統(tǒng)是CORS基 站的坐標(biāo)系統(tǒng)，要與我們所做工程的系統(tǒng)一致的話，我們不僅要設(shè)萱坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)（如：中 央子午線、橫軸加常數(shù)、比例、平均緯度等），還要進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，這時(shí)我們可根據(jù)工程要 求和已知點(diǎn)情況進(jìn)行三參數(shù)、四參數(shù)或七參數(shù)改正，將CORS坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到我們工程所 需坐標(biāo)系統(tǒng)中來(lái)。（切記參

3、數(shù)計(jì)算時(shí)，定要用無(wú)任何轉(zhuǎn)換參數(shù)所測(cè)量的數(shù)據(jù)與工程坐標(biāo)系統(tǒng) 中的已知數(shù)據(jù)計(jì)算）。筆者在一公路工程中用CORS基站經(jīng)轉(zhuǎn)換后與工程已知坐標(biāo)點(diǎn)檢查的 部分結(jié)果見(jiàn)（表一）。其結(jié)果充分肯定了 CORS基站能滿足我們道路測(cè)量的平面精度要求。HBCORS測(cè)量四等GPS點(diǎn)與靜態(tài)三等GPS點(diǎn)校核成果表 俸_）點(diǎn)號(hào)XHYHXJXJNXZ1YDGPS13414125.7498612.283414125.7498612.29-0.01-0.0080.013GPS113414853494847.743414853.1494847.75-0.011-0.0090.014GPS123415103.4494783.873415

4、103.4494783.860.0010.0080.008GPS213417293490592.553417293490592.53-0.0390.0260.047GPS293418610.7487820.213418610.7487820.22-0.015-0.010.018GPS653424042.4486260.573424042.4486260.56-0.0160.0060.017GPS743427215.5483682.733427215.5483682.73-0.002-0.0020.003GPS803424895.4483869.553424895.4483869.53-0.02

5、0.0160.026GPS813424455.1483849.563424455.1483849.56-0.013-0.0010.013GPS933419702.2485389.573419702.2485389.570.0160.0010.017當(dāng)然公路的縱橫斷面測(cè)量在高程精度上要求也很嚴(yán)格，我們用GPS-RTK測(cè)量在經(jīng)過(guò)參 數(shù)改正的情況下在5KM圍，一般精度在士3CM。筆者在3】6國(guó)道改建項(xiàng)目中，在一些公路 連接處用四等水準(zhǔn)高程和RTK高程進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如下表二。公路連接水準(zhǔn)測(cè)量（表二）點(diǎn)號(hào)X坐標(biāo)Y坐標(biāo)水準(zhǔn)高程RTK高程高程差13432829.27479615.5528.83728.83

6、20.00523432835.00479633.7728.82128.8180.00333432840.66479651.7228.83828.830.00843432845.14479668.0028.83828.830.00853432850.19479684.9828.78728.7780.00963432855.74479707.2528.81728.821-0.00473432872.69479696.0128.87628.8630.01383432864.68479676.4928.80428.7920.01193432859.91479660.7928.83328.836-0.0

7、03103432854.89479641.0628.81928.825-0.006113432849.26479621.7228.84928.8410.008123432846.81479611.9228.80628.815-0.009從上表的結(jié)果中，我們不難看出RTK的高程精度能夠滿足一個(gè)四等水準(zhǔn)的要求，當(dāng)然前題條件是做參數(shù)計(jì)算的已知點(diǎn)離我們測(cè)量的外域比較近,上表測(cè)量時(shí)已知點(diǎn)在1KM圍。通常我們進(jìn)行道路測(cè)量時(shí)，設(shè)計(jì)者會(huì)給我們提供一個(gè)曲線要素表如下（表三）直線、曲線及轉(zhuǎn)角表交點(diǎn)交點(diǎn)坐標(biāo)交點(diǎn)樁號(hào)轉(zhuǎn)角 值曲線要素值（m）N(X)E(Y)半徑緩 和 曲 線 長(zhǎng) 度緩和曲線參數(shù)切線長(zhǎng)度曲線 長(zhǎng)度外距1

8、234567891011JD303452113.208474750.6989K49+927.513JD313453417.461474013.5602K51+408.49421。41*17.6"(Y)2800536.3631059.88633850.90953956JD323456157.27473638.9316K54+160.95822。13'56*(Y)4000785.9371552.10173976.48092242JD333458388.03474213.609K56+444.77923。434】.9"1680170534.416438.077865.75

9、0553437.40425494上表為交點(diǎn)法的要素表（一部分），我們利用GPS-RTK測(cè)量時(shí)，可以方便快捷的把這些要素文件編輯為儀器可讀入格式，然后我們可以預(yù)覽平面、圖_進(jìn)行里程坐標(biāo)檢查，如下圖按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和縱斷面的各當(dāng)我們檢查各項(xiàng)數(shù)據(jù)無(wú)誤后，我們便可以進(jìn)行道路放樣,項(xiàng)要求放出縱斷面中樁并把他測(cè)量記錄下來(lái)。如圖二，我們放樣是儀器會(huì)直接告訴我們偏距和方向，我們測(cè)量起來(lái)方便快捷。（注意，測(cè)量時(shí)一定要是固定解）。圖二在我們進(jìn)行橫斷面采集時(shí)，我們只需要定義要測(cè)斷面的里程樁號(hào)和斷面邊距，儀器可顯 示出橫斷面線同時(shí)顯示出我們離橫斷面線的垂距和縱斷面中線的偏距，測(cè)量起來(lái)非常方便。1.2 CPS-RTK測(cè)繪斷

10、面數(shù)據(jù)處理采用GPS - RTK測(cè)量，我們的設(shè)備可以保存最具檢查價(jià)值的原始坐標(biāo)數(shù)據(jù)格式，坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件，可以直接導(dǎo)入到南方CASS中，方便我們檢查縱橫斷面實(shí)測(cè)和設(shè)計(jì)的偏移量，當(dāng)然 還可以根據(jù)用戶需要，導(dǎo)出各種不同的格式，如縱斷面可以導(dǎo)出坐標(biāo)高程，也可直接導(dǎo)出里 程高程，橫斷面的格式更多，如我們常用的格式：1斷面序號(hào)47 斷面里程-0.015-0.436 /離中心點(diǎn)距離高差(左邊)0.013-0.329 0.034 -0.036 /離中心點(diǎn)距離 高差(右邊)用戶也可以根據(jù)自己需要的格式，定義各種成果輸出法，方便生成斷面圖所采用的不同 程序。1.3 CPS-RTK測(cè)繪誤差的分析處理(1) 儀器本身的

11、誤差因儀器的硬件、軟件對(duì)GPS信號(hào)分辨率的誤差和天線相位中心的偏移誤差、天線對(duì)測(cè) 量誤差、天線高測(cè)量誤差等儀器本身的因素引起誤差，只能通過(guò)測(cè)繪人員盡量滿足最佳測(cè)量 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)減少誤差。(2) 測(cè)繪過(guò)程中引起的誤差因素除了儀器本身的誤差之外，還有外界因素引起的誤差，具體情況主要有衛(wèi)星運(yùn)行軌道和 地球自轉(zhuǎn)對(duì)數(shù)據(jù)精確度的影響、衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)時(shí)受到干擾和測(cè)繪基站與移動(dòng)GPS傳輸數(shù)據(jù) 時(shí)，植物以及其他物體對(duì)信號(hào)的削弱或數(shù)據(jù)丟失引起的誤差。對(duì)于衛(wèi)星運(yùn)行軌道和地球自轉(zhuǎn)對(duì)數(shù)據(jù)精確度造成的誤差不可能避免，只能通過(guò)選擇最佳 的觀測(cè)時(shí)段和盡里滿足最佳測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)最大限度地減少誤差。測(cè)繪基站與移動(dòng)GPS傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，植

12、物以及其他物體對(duì)信號(hào)的削弱或數(shù)據(jù)丟失引起的誤差,可以通過(guò)減少導(dǎo)致這種測(cè)量誤差的最主要因素的途徑解決。即在測(cè)量時(shí)確保移動(dòng)GPS信號(hào)運(yùn)動(dòng)與數(shù)據(jù)傳 輸?shù)膰M量不在高大的樹(shù)下來(lái)實(shí)現(xiàn)。（3）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換會(huì)帶來(lái)誤差。對(duì)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)誤差源，一是投影帶來(lái)的誤 差，二是已知點(diǎn)誤差的傳遞。但通過(guò)設(shè)MRTK控制軟件采用的投影為抵償投影（中央子午線 為基準(zhǔn)站所在點(diǎn)的經(jīng)度，投影面可選為測(cè)區(qū)平均高程面）的方法，可以忽略投影誤差。只需 老慮已知點(diǎn)誤差的影響。當(dāng)平面已知點(diǎn)只有兩個(gè)時(shí)，則只能滿足計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換四參數(shù)的必要 條件，無(wú)多余條件，也就不能給出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度評(píng)定。二、GPS-RTK技術(shù)在斷面測(cè)量術(shù)特點(diǎn)分析傳統(tǒng)

13、的斷面測(cè)量工作需要將儀器放査在一已知點(diǎn)，然后指揮跑點(diǎn)人員在線路的斷面上進(jìn) 行測(cè)量。有些斷面測(cè)量尤其是在進(jìn)行曲線測(cè)量時(shí)，要先霏跑點(diǎn)人員的工作經(jīng)驗(yàn)大致跑到曲面 的斷面點(diǎn)上，經(jīng)過(guò)儀器操作人員測(cè)量后再計(jì)算出跑點(diǎn)人員斷面點(diǎn)的偏移量，跑點(diǎn)人員再到直 正的斷面點(diǎn)上測(cè)量。遇到視線上有障礙物時(shí)還要轉(zhuǎn)測(cè)站，非常費(fèi)工費(fèi)時(shí)。應(yīng)用水準(zhǔn)測(cè)量時(shí), 高差變化較大時(shí)，進(jìn)度緩慢。本次工程中，利用線路已有的高程控制網(wǎng)點(diǎn)（每公里要求有一 個(gè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)），進(jìn)行對(duì)GPS擬合高的及時(shí)校正比對(duì)，保證了 GPS-RTK采集到的高程數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)精度，滿足中平測(cè)量的精度要求，同時(shí)節(jié)約了計(jì)算數(shù)據(jù)的時(shí)間、節(jié)約了測(cè)繪成本。三、GPS-RTK技術(shù)在應(yīng)用中存在的不足及解決辦法衛(wèi)星狀況影響GPS-RTK技術(shù)測(cè)量中的精度當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行至美國(guó)最佳時(shí)段時(shí)，因相隔半球之遙?？赡軙?huì)產(chǎn)生假值。而且世界上的某些地區(qū)仍然不能很好的被衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋，也會(huì)產(chǎn)生假值。在高山、峽谷、森林區(qū)域、城市 高樓密布區(qū)域，衛(wèi)星信號(hào)會(huì)被遮擋很長(zhǎng)時(shí)間，使得一天中可以用于測(cè)量的時(shí)間受到很大的限 制。對(duì)產(chǎn)生假值的解決方案是選擇合適的工作時(shí)間，通過(guò)采用測(cè)設(shè)已知點(diǎn)的CPS-RTK測(cè)量 成果的方法來(lái)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的質(zhì)量問(wèn)題。(2JGPS-RTK高程收斂的穩(wěn)定問(wèn)題GPS-RTK外業(yè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集時(shí)，需要作業(yè)者細(xì)心，采集每個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)時(shí)，一定