RTK技术在公路工程测量中的应用

摘 要：GPS技术在公路工程测量中的应用是外业勘测的一项重要的技术革命,而RTK技术更是GPS应用的重大里程碑,它的出现极大提高了外业作业的效率,在公路工程测量中的应用存在着巨大的潜力.本文介绍了RTK技术的优点、基本原理和测量的关键技术,并对其在公路工程测量中的应用进行了总结.

关 键 词：RTK技术；公路工程测量；应用

随着卫星定位技术的不断发展,人们对于位置信息的测量提出了更高的要求.RTK技术作为目前应用最广泛的高精度定位技术,能够提供快速准确的位置信息,在公路工程测量、施工和管理中都发挥出了巨大的作用,在很大程度上提高了道路建设的工作效率,并且具有广阔的发展空间和应用前景.

一、RTK技术

RTK技术是GPS应用的重大里程碑,它能实时地提供观测点的三维坐标,并实现厘米级定位精度的测量.它是建立在实时处理两个测站的载波相位的基础上的,并根据载波相位采用动态实时差分方法实现测量.它的出现极大提高了外业作业的工作效率.

1.RTK技术优点：

（1）自动化、集成化程度高,功能强大：RTK技术可以在任何测绘内业、外业发挥作用,RTK技术基于流动站内安装的软件控制系统,在无需人工干预的情况下就可以自动实现多种测绘方面的工作,极大减少了辅助测量的工作量和人为误差的发生率,在一定程度上保证了测量的精度.

（2）作业条件要求低：RTK技术和传统的测量技术相比,受到的限制因素较小,只要满足电磁波通视和对空基本通视就能实现快速、高精度的定位.

（3）定位精度高,数据可靠：RTK技术和全站仪等仪器相比,不存在误差积累,在满足其基本工作条件的情况下,在作业半径范围内测量精度都能达到厘米级.

（4）作业效率高：RTK在一般地形地势的测量中,在很大程度上减少了搬站次数,且具有较快的作业速度,不仅节省了外业测量的费用,还提高了测量的效率.

（5）操作简单,数据处理能力强：RTK基准站可以边走边获得测量结果,方法简单易学,而且数据的输入、存储和处理、输出能力强,能够实现与计算机及其他测量仪器的快捷通信.

2.RTK技术基本原理

RTK系统的组成主要包括基准站接收机、数据链和移动接收机.RTK技术的基本原理是利用多台RTK接收机同时接收卫星信号,一台作为基准站,另一台则作为移动站.基准站可以根据自身的准确坐标求出卫星距离的改正数,同时将数据发给移动站,移动站便能根据此改正数来改正其定位结果,从而提高定位的精度,实现厘米级的测量.实现RTK系统的正常工作需要以下几个条件：首先,移动站和基准站要能同时接收到五颗以上卫星的GPS信号；其次,移动站和基准站能够同时接收到基准站发出的差分信号；最后,移动站在移动的过程中要始终保持开启状态,不能关闭或失讯.

二、RTK测量的关键技术

1.整周模糊度的确定

按照观测过程中GPS所处状态,整周模糊度的求解可以分为静态法和动态法.但因其很难满足实时要求,故现在一般都是选用一种基于低阶卡尔曼滤波器进行的整周模糊度的求解方法.这种方法可以实现模糊度的动态实时求解,且具有快速准确、计算量小的优点.计算过程中只需要对初始模糊度进行求解即可,求解初始模糊度的方法有多普勒法、伪距法和快速确定整周未知数法.

2.RTK数据传输

RTK数据的传输主要采用的是UHF波,传输的方式则是直射波、散射波、折射波及其合成波.这种传输方式的直线传播性好、穿透性强,但是也存在一些弊端,即传播过程容易受到地形、障碍物甚至是地球曲率的影响.当使用9600波特率传送数据,一组数据大约占用0.8秒,在理想状态下,即无电波干扰或障碍物干扰的状态下,其传送的理想距离与流动站、基准站的天线高呈现一定程度的正比关系.因此,为了增强RTK数据传输的能力,在进行测量时,可以将RTK基准站布置在有效测区内的最高控制点上,还可以适当提高移动站和基准站所架设的天线的高度,另外,还可以增加天线和高灵敏度接收机的数量,适当缩短移动站和基准站之间的距离,从而实现电磁波通视,而在地形或者地物存在遮挡的情况下,可以增加中继站的数量.

三、RTK技术在公路工程测量中的应用

公路工程测量的内容主要是在勘测设计和施工放样阶段进行,有着所测线路长、测量难度大、地形和地物复杂的特点.RTK技术因其优势,在公路工程测量中的应用为公路工程测量带来了技术方面的、积极的作用,其应用主要有以下几点：

1.大比例地形图的绘制

高等级别的公路选线多是在大比例尺的带状地形图上进行的.若选用传统的测图方法,就要建立控制点,然后在控制点的基础上进行碎部测量,之后才能绘制出大比例尺地形图.传统的测图方法实行难度大,效率低,严重影响到了公路工程测量的进度,而RTK测量则能有效克服这些弊端.采用RTK技术进行测量只需要在每个碎部点上停留1到2分钟即可获得该碎部点的三维坐标,之后只要结合该点的属性信息和特征编码就能轻松构成带状地形图上所有点的数据,并由绘图软件进行成图.RTK测量在大比例地形图的绘制方面的应用简单易行,降低了测量的难度,大大提高了绘图的工作效率.

2.道路纵横断面的放样和土石方的计算

在公路工程道路纵横断面放样的过程中,需要先把放样的数据录入到电子手簿,从而生成施工预放样点文件,方便现场测量的随时取用.在横截面放样时,要先确定其作业方式,是采用挖、填还是半挖半填的方式,之后将设计数据输入到电子手簿中,同样生成施工预放样点文件.另外,应用绘图软件还可以实现沿线纵断面和各点横断面图的绘制,又因为所采用的数据都是来自于之前的测绘地形图,省去了现场测量纵断面和横断面的外业工作,大大减少了劳动强度,提高了工作效率.

3.道路的中线放样

在带状地形图上进行定线之后,要将道路的中线标定出来.在道路中线放样的过程中采用RTK技术,只要将中桩点的坐标输入到电子手簿中,系统就会自动输出放样点的点位.因为对每个点实行的都是单独测量,因此有效避免了累计误差的产生并且保证了各点放样精度的持平.放样时,只要输入各主控点的桩号、直线段与缓和曲线的距离、圆曲线的半径和起终点的方位角就能由RTK电子手簿实现放样.

结语

RTK技术是GPS应用的重大里程碑,它的出现极大提高了外业作业的效率.PTK技术具有速度快,精度好,效率高的特点,对提高公路工程测量工作起到了积极的促进作用,在大比例地形图的绘制、道路纵横断面的放样、土石方的计算和道路的中线放样中都有积极的应用效果.