GPS-RTK在公路測量中的應用

1、測繪與地理信息技術專業(yè)畢業(yè)論文GPS-RTK在公路測量中的應用XXX指導教師及職稱許輝熙（副教授）敬小東（講師）論文提交日期教學第六周論文答辯日期教學第八周二零一四年四月GPS-RTK技術在公路測量中應用摘要本文描述GPS-RTK術的組成、功能及前景。同時介紹了GPS技術與RTK技術的發(fā)展由來。針對RTK技術在公路上的應用說明了該技術的優(yōu)點及在測量中因一些外力因素而影響結果的重要事項。同時也介紹了RTK技術在公路上的應用情況和涉及到得原理方法。關鍵詞：GPS系統(tǒng)RTK技術公路測量應用ApplicationofGPS-RTKtechnologyinHighwaySurveyAbstractThi

2、sarticledescribesthecompositionoftheGPS-RTKtechnique,functionandprospect.AlsotellsthestoryofGPStechnologyandthedevelopmentofRTKtechnology.FortheapplicationofRTKtechnologyinhighwayshowstheadvantagesofthetechniqueandbysomeexternalforcefactorseffectonthemeasurementresultsofimportantmatters.Atthesametim

3、ethispaperexpoundstheapplicationofRTKtechnologyinhighwayandinvolvestheprincipleofthemethod.Keywords:GPSsystemRTKTechnologyApplicationofHighwaySurvey引言GPS在近幾年來發(fā)展比較迅速，它在各種控制測量、地理測圖、工程選線及工程放樣中應用廣泛，與常規(guī)儀器相比明顯提高了作業(yè)效率和作業(yè)精度。傳統(tǒng)公路勘測辛苦而且繁雜，存在勘測周期長，工作效率低等諸多問題。而RTK技術的成熟及普及，減輕了工程勘測的工作量，提高了公路勘測效率和勘測精度。為公路勘測技術騰飛奠定了

4、堅實的技術。1GPS技術與RTK技術的發(fā)展由來1.1GPS概述GPS是全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem)的英文縮寫，是隨著現代科學技術的迅速發(fā)展而建立起來的新一代精密衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星定位測量時利用GPS系統(tǒng)解決測量問題的一項空間技術。其中GPS全球定位系統(tǒng)由三大部分組成；(1) 地面控制部分，由主控站(負責管理、協(xié)調整個地面控制系統(tǒng)的工作)、地面天線(在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文)、監(jiān)測站(數據自動收集中心)和通訊輔助系統(tǒng)(數據傳輸)組成；(2) 空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個道平面上；(3) 用戶裝置部分，主要由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成

5、。圖1-1GPS組成圖1.2 RTK技術RTK技術又稱載波相位差分技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測值的差分方法，是以空間坐標（wgs-84）為實時觀測的數據源，利用實時數據處理技術和數據傳輸技術，在RTK的作業(yè)模式下通過數據鏈在系統(tǒng)組成差分觀測值，實時處理流動站觀測值及由基準站發(fā)射電臺傳送給流動站的指定坐標系統(tǒng)下的高精度定位結果的一個測繪系統(tǒng)。RTK系統(tǒng)的組成：基準站、流動站、觀測手簿等三部分組成.目前，全球現有美國GPS全球定位系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯全球定位系統(tǒng)、歐洲伽利略全球定位系統(tǒng)、我國北斗星全球定位系統(tǒng)。這四大全球定位系統(tǒng)中要數GPS開發(fā)最早，應用更為成熟。其具有全球性、全天候、連續(xù)

6、性、實時性導航定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。根據算法模型，設計了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要應用于地殼變形觀測、國家測量、大壩的變形觀測等高精度測量；快速靜態(tài)測量以其高效的作業(yè)效率與厘米級精度廣泛應用于一般的工程測量；而RTK系統(tǒng)由GPS接收設備、無線電通訊設備、電子手薄及配套設備來組成，整套設備具有輕量化、操作簡便性、實時可靠性、厘米級精度等方面的特點，完全可以滿足數據采集和工程放樣的要求。GPSiiL收機kGPSRftULFHK基準站fiTK就動站iUfi圮很XI/圖1-2GPS-RTK測量圖2RTK測量技術說明2.1傳統(tǒng)測量與RTK測

7、量技術的比較2.1.1 各種控制測量傳統(tǒng)的測量、工程控制測量采用三角網、導線網方法來施測，不僅費工費時，要求點間通視，而且精度分布不均勻，且在外業(yè)不知精度如何，采用常規(guī)的GPS靜態(tài)測量、快速靜態(tài)方法，在外業(yè)測設過程中不能實時知道定位精度，如果測設完成后，回到業(yè)處理后發(fā)現精度不合要求，還必須返測，而采用RTK來進行控制測量，能夠實時知道定位精度，如果點位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測了，而且知道觀測質量如何，這樣可以大大提高作業(yè)效率。若把RTK用于公路控制測量則不僅可以大大減少人力強度、節(jié)省費用，而且大大提高工作效率，測一個控制點在幾分鐘甚至于幾秒鐘就可完成。2.1.2 地形測圖過去測地形圖

8、時一般首先要在測區(qū)建立圖根控制點，然后在圖根控制點上架上全站儀或經緯儀配合小平板測圖，現在發(fā)展到外業(yè)用全站儀和電子手簿配合地物編碼，利用大比例尺測圖軟件來進行測圖，甚至于發(fā)展到最近的外業(yè)電子平板測圖等等，都要求在測站上測四周的地形地貌等碎部點，這些碎部點都與測站通視，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼圖時一旦精度不合要求還得到外業(yè)去返測?，F在采用RTK時，僅需一人背著儀器在要測的地形地貌碎部點呆上幾秒鐘，并同時輸入特征編碼，通過手簿可以實時知道點位精度，把一個區(qū)域測完后回到室，由專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖。2.1.3放樣放樣是測量一個應用分支，它要求通過一定方法采用一定儀器把人

9、為設計好的點位在實地給標定出來，過去采用常規(guī)的放樣方法很多，如經緯儀交會放樣，全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個設計點位時，往往需要來回移動目標，而且要2-3人操作，同時在放樣過程中還要求點間通視情況良好，在生產應用上效率不是很高，有時放樣中遇到困難的情況會借助于很多方法才能放樣，如果采用RTK技術放樣時，僅需把設計好的點位坐標輸入到電子手簿中，背著GPS接收機，它會提醒你走到要放樣點的位置，既迅速又方便，由于GPS是通過坐標來直接放樣的，而且精度很高也很均勻，因而在外業(yè)放樣中效率會大大提高，且只需一個人操作。2.2RTK技術的優(yōu)點2.2.1工作效率高在一般的地形地勢下,高質量的RTK設站

10、一次即可測量完4km半徑的測區(qū),大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數量和測量儀器的設站次數,移動站一人操作即可,勞動強度底,作業(yè)速度快,提高了工作效率。2.2.2 定位精度高。只要滿足RTK的基本工作條件,在一定的作業(yè)半徑圍（一般為4km）,RTK的平面精度和高程精度都能達到cm級。2.2.3 全天候作業(yè)。RTK測量不要求基準站、移動站間光學通視,只要求滿足“電磁波”通視,因此和傳統(tǒng)測量相比,RTK測量受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制小,在傳統(tǒng)測量看來難于開展作業(yè)的地區(qū),只要能滿足RTK的基本工作條件,它也能進行快速高精度定位,使測量工作變得更容易更輕松。2.2.4RTK測量自動化

11、、集成化程度高,數據處理能力強。RTK可進行多種測量、外業(yè)工作。移動站利用軟件控制系統(tǒng),無需人工干預便可自動實現多種測繪功能,減少了輔助測量工作和人為誤差,保證了作業(yè)精度。2.3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觀測其有誤差源，除此之外，還有受基線解算精度、基準站點位精度、坐標系轉換精度的影響，但是在RTK作業(yè)中，基線解算精度可以達到10cm+l口mD;基準站點位精度平均在3cm之;坐標系轉換精度,對于10km基線亦在3cm以,動態(tài)作業(yè)由于測距偏心,天線高誤差等，一般也在3cm以，至于正常高擬合與插精度取決于連測點數目與分布、擬合模型等，一般在5cm10cm

12、是能夠做到的。3RTK技術的應用情況實時動態(tài)（RTK）定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式，兩種定位模式相結合，在公路工程中的應用可以覆蓋公路勘測、施工放樣等前端數據采集。3.1快速靜態(tài)定位模式要求GPS接收機在每一流動站上，靜止的進行觀測。在觀測過程中，同時接收基準站和衛(wèi)星的同步觀測數據，實時解算整周未知數和用戶站的三維坐標，如果解算結果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設計要求，便可以結束實時觀測。一般應用在控制測量中，如控制網加密；若采用常規(guī)測量方法（如全站儀測量），受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實施比較困難，而采用RTK技術可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5-10mi

13、n,隨著技術的不斷發(fā)展，定位時間還會縮短，不及靜態(tài)測量所需時間的五分之一，在公路測量中可以代替全站儀完成導線測量等控制點加密工作。3.2動態(tài)定位測量前需要在一控制點上靜止觀測數分鐘（有的儀器只需210s）進行初始化工作，之后流動站就可以按預定的采樣間隔自動進行觀測，并連同基準站的同步觀測數據，實時確定采樣點的空間位置。目前，其定位精度可以達到厘米級。動態(tài)定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應用前景，可以完成地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面地面線測量等工作。測量24s,精度就可以達到13cm，且整個測量過程不需通視，有著常規(guī)測量儀器不可比擬的優(yōu)點。3.3GPS-RTK技術應用實例在使用GPS

14、放線中，首先應確立整個作業(yè)空間的坐標基準點，例如在一次放樣中，我們確立了作業(yè)空間的基準點，K13441199.711，499239.420；K23440755.082，499313.743。然后以此為以后作業(yè)的坐標基點，再得到基點后，我們繼而開始GPS測量，在作業(yè)區(qū)域，以基點開始，做點校正，在校正后參數值在允許誤差，則開始測量，繼而得到整個作業(yè)區(qū)域圖（圖1-1）圖3-1作業(yè)區(qū)道路圖在作業(yè)區(qū)域中，開始采集出需要放線的目標點的坐標表3-1作業(yè)區(qū)放樣坐標表點號北坐標東坐標13441272.4892499178.022023441272.4892499183.022033441272.48924991

15、93.022043441272.4892499198.022053441272.4892499203.022063441272.4892499208.022073441272.4892499213.022083441272.4892499218.022093441272.4892499223.0220103441272.4892499178.0220在GPS手簿中，輸入已得到的放樣坐標，則前往目標區(qū)域，以每一個坐標點位目標，當靠近目標點的時候，手簿則會提示已無限靠近目標點，當確定在目標地上的時候，則做標示，同時手簿也做測量，當把所有坐標放樣后，手簿中則出現放樣的大概圖形可以大致比較是否與圖紙一

16、樣，之前數據放樣圖如下圖3-2作業(yè)區(qū)放樣設計圖3.4GPS-RTK施工總結運用RTK進行道路放樣，有以下優(yōu)點：(1) 在滿足測量要求的情況下極大的提高了工作效率，傳統(tǒng)的運用全站儀放線，每天最多l(xiāng)km,而運用RTK每天可放線2km多；(2) 針對曲線道路放線及道路變更放線更加便捷；(3) 全天候處于工作狀態(tài)，促進工程進度；(4) 節(jié)省人力成本，傳統(tǒng)上要求至少4名測量人員而運用RTK測量只需要2名人員就可以。網絡RTK在道路放線方面的應用，應注意以下方面問題：(1) 坐標轉換參數及校正參數要正確，這直接影響測量精度；(2) 測量時，注意觀察RTK狀態(tài)，不符合測量條件的狀態(tài)下其結果誤差比較大。4RT

17、K技術在公路測量中的應用前景隨著我國國民經濟的快速增長基礎設施建設大力發(fā)展，中、高等級公路建設迎來前所未有的發(fā)展機遇，這就對勘測設計提出了更高的要求，隨著公路設計行業(yè)軟件技術和硬件設備的發(fā)展，公路設計已實現CAD化，有些軟件本身還要求提供地面數字化測繪產品的支持；建立勘測、設計、施工、后期管理一體化的數據鏈，減少數據轉抄、輸入等中間環(huán)節(jié)，是公路勘測設計“外業(yè)一體化”的要求，也是影響高等級公路設計技術發(fā)展的關鍵所在。目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設備，但常規(guī)測量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制，作業(yè)強度大，且效率低，大大延長了設計周期。勘測技術的進步在于設備引進和技術改造，在目前的技術

18、條件下引入GPS技術應當是首選。當前，用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制原理，為勘測階段測繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測量提供依據；在施工階段為橋梁，隧道建立施工控制網，這僅僅是GPS在公路測量中應用的初級階段，其實，公路測量的技術潛力蘊于RTK技術的應用之中，RTK技術在公路工程中的應用，有著非常廣闊的前景。5結語RTK技術是GPS定位技術的一個新的里程牌，它不僅具有GPS技術的所有優(yōu)點,而且可以實時獲得觀測結果及精度,大大提高了作業(yè)效率并開拓了GPS新的應用領域。由于載波相位測量，差分處理技術、整周未知數、快速求解技術以及移動數據通信技術的融合，使RTK在精度、速度、實時性上達到了完滿的結合，并使得RTK定位技術大大擴展了它的應用圍。實時動態(tài)RTK技術在公路勘測中的