GPS-RTK-技術(shù)及其在道路工程測量中的應(yīng)用

GPSRTK技術(shù)及其在道路工程測量中的應(yīng)用時(shí)間：2010-12-2913:54:24

來源：摘要:

介紹了

GPS

系統(tǒng),

重點(diǎn)闡述了

RTK

技術(shù)的原理、組成、特點(diǎn)等,

并總結(jié)了

GPSRTK

技術(shù)在道路工程測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞

:GPS;RTK;

道路工程測量

1GPS

系統(tǒng)

GPS

是全球定位系統(tǒng)(NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem,NAVSTAR/GPS) 的英文縮寫[2], 它的含義是利用衛(wèi)星的測時(shí)和測距進(jìn)行導(dǎo)航,以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)?，F(xiàn)在國際上公認(rèn) ,將這一全球定位系統(tǒng)簡稱為GPS。GPS是目前世界上最先進(jìn)、最完善的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與定位系統(tǒng),經(jīng)近10年我國測繪等部門的使用表明,GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn),贏得廣大測繪工作者的信賴,并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科 ,從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命。2RTK技術(shù)2.1RTK技術(shù)簡介。RTK技術(shù)是以載波相位測量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測量技術(shù)。是一種將 GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合,實(shí)時(shí)解算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,在1~2秒的時(shí)間里得到高精度位置信息的技術(shù),它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破,在道路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。2.2RTK技術(shù)的基本原理。建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的保證,RTK技術(shù)的原理是取點(diǎn)位精度較高的首級控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn),安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測,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)站上的觀測數(shù)據(jù),隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測待測點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況,根據(jù)待測點(diǎn)的精度指標(biāo),確定觀測時(shí)間,從而減少冗余觀測,提高工作效率[4]。2.3RTK系統(tǒng)的組成。RTK系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈及移動(dòng)接收機(jī)三部分組成。它是利用2臺(tái)以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào),其中一臺(tái)安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站,另一臺(tái)用來測定未知點(diǎn)的坐標(biāo)(移動(dòng)站)?；鶞?zhǔn)站根據(jù)該點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)求出其他衛(wèi)星的距離改正數(shù)并將這一改正數(shù)發(fā)給移動(dòng)站,移動(dòng)站根據(jù)這一改正數(shù)來改正其定位結(jié)果,從而大大提高定位精度。它能夠?qū)崟r(shí)地提供測站點(diǎn)指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達(dá)到厘米級精度。RTK技術(shù)根據(jù)差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給移動(dòng)站,改正移動(dòng)站的接收載波相位,再求解坐標(biāo);差分法是將基準(zhǔn)站采集到的載波相位發(fā)送給移動(dòng)站,進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。2.4RTK技術(shù)的特點(diǎn)。RTK技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)[6]:a.工作效率高。在一般的地形地勢下,高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測量完4km半徑的測區(qū),大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的設(shè)站次數(shù),移動(dòng)站一人操作即可,勞動(dòng)強(qiáng)度底,作業(yè)速度快,提高了工作效率。b.定位精度高。只要滿足RTK的基本工作條件,在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)(一般為4km),RTK 的平面精度和高程精度都能達(dá)到 cm級。c.全天候作業(yè)。RTK測量不要求基準(zhǔn)站、移動(dòng)站間光學(xué)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(jìn)行快速高精度定位,使測量工作變得更容易更輕松。d.RTK測量自動(dòng)化、集成化程度高,數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。RTK可進(jìn)行多種測量內(nèi)、外業(yè)工作。移動(dòng)站利用軟件控制系統(tǒng),無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)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。3RTK在道路工程測量中的應(yīng)用3.1繪制大比例地形圖。高等級公路選線多是在大比例尺(通常是1:2000 或1:1000) 帶狀地形圖上進(jìn)行,用傳統(tǒng)方法測圖,先要建立控制網(wǎng),然后進(jìn)行碎部測量,繪制成大比例尺地形圖,其工作量大速度慢,花費(fèi)時(shí)間長。用實(shí)時(shí)GPS動(dòng)態(tài)測量,構(gòu)成碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在室內(nèi)即可由繪圖軟件成圖,由于只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息,而且采集速度快,大大降低了測圖的難度,既省時(shí)又省力。3.2控制測量。用GPS建立控制網(wǎng),最精密的方法當(dāng)屬靜態(tài)測量。對大型建筑物,如特大橋、隧道、互通式立交等進(jìn)行控制,宜用靜態(tài)測量。而一般公路工程的控制測量,則可采用RTK動(dòng)態(tài)測量。這種方法在測量過程中能實(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,大大提高了作業(yè)效率。由于點(diǎn)與點(diǎn)之間不要求通視,使得測量更簡便易行。3.3線路勘測。在公路選線過程中,我們往往要按照勘測設(shè)計(jì)規(guī)范,本著盡量減少占用農(nóng)田、少拆遷房屋并盡量利用舊路路基這樣一個(gè)原則,為了準(zhǔn)確設(shè)計(jì)好道路中線路使其符合設(shè)計(jì)要求,我們可以利用GPSRTK技術(shù),用車載GPSRTK接收機(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,并得到中樁點(diǎn)坐標(biāo)及坐標(biāo)文件。采用實(shí)時(shí)GPS測量,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)的測量都是獨(dú)立完成的,所以不會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差,各點(diǎn)放樣精度趨于一致。3.4道路的中線測設(shè)。設(shè)計(jì)人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后,需將公路在地面標(biāo)定出來。采用動(dòng)態(tài)GPS測量,只需將中線主點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS接收機(jī)中,系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)位的測量都是獨(dú)立完成的,不會(huì)產(chǎn)生累積誤差,各點(diǎn)放樣精度趨于一致。3.5公路縱、橫斷面放樣。公路中線確定后,利用中線樁點(diǎn)坐標(biāo),通過繪圖軟件,即可給出路線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面。由于所用數(shù)據(jù)都是測繪地形圖時(shí)采集來的,因此不需要再到現(xiàn)場進(jìn)行縱、橫斷面測量。從而大大減少了外業(yè)工作。如果需要進(jìn)行現(xiàn)場斷面測量時(shí),也可采用動(dòng)態(tài)GPS測量。與傳統(tǒng)方法相比,在精度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用各方面都有明顯的優(yōu)勢。3.6施工測量。動(dòng)態(tài)GPS系統(tǒng)既有良好的硬件,也有極其豐富的軟件可選擇。施工中對點(diǎn)、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷,精度可達(dá)到厘米級。隨著動(dòng)態(tài)GPS測量技術(shù)的不斷發(fā)展、完善,將更加充分的顯示出這一技術(shù)的高精度和高效益,它會(huì)為公路工程建設(shè)的發(fā)展和進(jìn)步發(fā)揮更大的作用。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觀測其有誤差源,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

,

對于

10km

基線亦在3cm以內(nèi),動(dòng)態(tài)作業(yè)由于測距偏心 ,天線高誤差等,一般也在3cm以內(nèi),至于正常高擬合與內(nèi)插精度取決于連測點(diǎn)數(shù)目與分布、擬合模型等,一般在5cm～10cm內(nèi)是能夠做到的。5結(jié)語RTK技術(shù)是GPS定位技術(shù)的一個(gè)新的里程牌,它不僅具有GPS技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn),而且可以實(shí)時(shí)獲得觀測結(jié)果及精度,大大提高了作業(yè)效率并開拓了GPS新的應(yīng)用領(lǐng)域。由于載波相位測量,差分處理技術(shù)、整周未知數(shù)、快速求解技術(shù)以及移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的融合 ,使RTK在精度、速度、實(shí)時(shí)性上達(dá)到了完滿的結(jié)合 ,并使得RTK定位技術(shù)大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。

“能”，是以眾議舉寵為督：親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在時(shí)，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也 。臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之際，奉命于危難之間，爾來二十有一年矣。先帝知臣謹(jǐn)慎，故臨崩寄臣以大事也。受命以來，