杨锡礼
国家林业局昆明勘察设计院云南省650216
摘要：随着GPS技术的快速发展，RTK测量技术也日益成熟，因其精度高、实时性和高效性，使得其在公路测量中的应用越来越广。文章介绍了GPS-RTK技术的测量原理，探讨了GPS-RTK在公路测量中的应用及优势。
关键词：GPS-RTK技术；基本原理；公路测量
引言
近年来，随着我国国民经济的飞速发展，各种特殊、复杂、精密的工程建设不断增多，相应的对工程测量技术的要求也越来越高。GPS-RTK技术在布设施工控制网时具有高精度、实时性、轻便灵活等优点，已逐步应用于工程测量、坐标放样、公路放样、碎部测量、地籍测量等诸多方面，在工程测量中起到了比较重要的作用。GPS-RTK技术应用于工程测量，可以较大程度地提高工作效率和减轻劳动强度。应用RTK技术作业，测量人员可以从繁重的体力劳动中解放出来，且其作业方式基本不受天气条件的影响（可以实现全天候作业）和通视条件的限制，具有较好的经济效益和社会效益。
一、GPS-RTK技术的测量原理
GPS-RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，其基本原理是：基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，在流动站通过无线电接收基准站所发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站基线向量（⊿X、⊿Y、⊿Z）；基线向量加上基准站坐标得到流动站每个点WGS-84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标x，y和海拔高h。
二、GPS-RTK在公路测量中的优势分析
（1）测站之间无需通视，全天候作业，作业效率高。
（2）定位精度高，数据安全可靠，没有误差累积。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS-RTK测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。
（3）操作简便。GPS-RTK测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成
（4）提供三维坐标。GPS-RTK测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
（5）观测时间短。采用GPS-RTK布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用TrimbleR5、R8等GPS接收机的RTK法可在5S内求得测点坐标。
（6）GPS-RTK技术的自动化、集成化程度较高，对各种数据的处理能力也较强，可具体应用在多种测量工作中，移动站利用软件控制系统，可自动实现多种测绘功能，相应减少了人为测量及计算中存在的误差。
三、GPS-RTK技术在公路测量的应用
1、绘制大比例尺地形图
用传统方法绘制大比例尺带状地形图的时候，需要经过建立控制网、碎步测量，最后绘制而成，这种方法花费时间长、工作量大，而且速度慢。而用GPS-RTK进行动态测量，只要在道路沿线的碎步点上停留几分钟，就可以获得碎步点的坐标，再结合输入的碎步点特征编码以及属性信息，就可以得到碎步点的数据，通过绘图软件绘制成大比例尺地形图，这种方法采集速度快而且准确，可以降低测量的难度，省时省力。
2、控制测量
在测量过程中，运用GPS-RTK对公路进行动态测量，可以实时获得定位精度，一旦达到要求的点位精度，就可以停止观测，提高测量效率。
在公路的设计路线上进行控制测量的时候，如果选择合适的数据链方案，那么GPS-RTK技术在长边动态测量中的效果就会非常明显。当边长超过20km的时候，流动站观察15～30min之后，就会发现解开始趋向稳定。如果连续10min内3维坐标分量的最大变动都不超过±5×10-6D，而且最后5min内的互差小于2×10-6D，这个时候，用户可以根据实际情况决定是否需要继续进行测量。
3、公路中线放样
中线测量是公路测量中的关键工作，中线测量是通过测设直线和曲线，将中线的平面位置具体地标定在现场上，最后测点公路路线的实际里程。中线测量是测绘纵、横断面平面图的基础，也是公路设计与施工的依据。使用GPS-RTK技术进行公路中线测量，只需要把中桩点的坐标输入到RTK电子手簿中，系统就会自动定出放样点的点位，具有实时性、精度高、无须通视的优点，解决了传统放样法的缺点。
（1）线路设计。线路设计是在现场完成的。首先将线路的起点坐标、曲线要素、以及方位角和加直线长度输入到计算机中，然后通过里程计算出待放样点的坐标，并将其输入到RTK电子手簿中。
（2）基准站设置。由于GPS-RTK定位结果受到基准站和流动站的观测数据以及无线电信号传播的影响，所以GPS-RTK定位要求基准站接收机能够将观测数据通过无线电传输系统实时传输给流动站接收机。在设置基准站的时候，基准站与流动站之间不能有太大的距离，而且基准站应该设置在强电磁干扰小、多路径误差影响小以及上空比较开阔的控制点上。当架设好基准站以后，就可以打开接收机，进行点校正工作。如果知道转换参数，可以输入坐标系统以及转换参数，建立坐标转换体系；如果不知道转换参数，可以选择点校正方式建立坐标转换体系。
（3）流动站设置。打开接收机，选择“RTK”测量方式。流动站接收机不仅可以接受GPS卫星信号，还可以接收基准站的数据，通过处理之后，就可以获得流动站的坐标，并通过坐标转换参数转换成相应坐标。
（4）中线放样测量。根据RTK电子手簿中的放样点坐标，系统软件会定出放样点的点位。
（5）数值采集。整平流动站的天线，当流动站到达放样点之后，使天线中心位置和放样点位置重合，然后开始进行数值的采集工作。
4、公路纵、横断面测量
当确定公路中线之后，可以通过绘图软件，根据中线桩点坐标，绘出各桩点的横断面以及路线的纵断面。纵、横断面的测量不需要到现场进行测量，因为所用的数据是通过测绘地形图采集的。如果需要现场进行测量的话，可以选择GPS测量。纵断放样的时候，将需要放样的数据如直线正负坡度值、竖曲线半径等输入到电子手簿中，生成测试点放样文件。横断放样的时候，首先确定横断面的形式，比如填、挖或者半填半挖，接着将横断面的路幅宽度、边坡坡度以及超高、加宽等设计数据输入到电子手簿中，生成测试放样点文件。
5、施工测量
在公路的施工过程中，对于点、线、面以及坡度的放样精度可以达到厘米级，非常方便。GPS-RTK具有良好的硬件系统以及丰富的软件系统。通过道路测量专用程序，可以使设计-测试-施工一体化。根据公路的设计软件，计算出工程项目中比较重要的几何点坐标，完成有关桩位的测设与标定。在整个施工测量过程中，由GPS-RTK软件系统引导放样过程，计算点位坐标。
6、变形监测
变形监测网具有毫米级精度，比一般控制网高一个数量级精度。如果观测时间长，并且分时段进行观测，基线向量长度不超过4km，那么就可以达到±（2～3）mm的精度。随着GPS-RTK技术的研究，完全有可能实现GPS-RTK在变形监测中的广泛应用。
结论
将GPS-RTK应用于公路建设，给传统的公路勘测带来的巨大的冲击，使公路测设水平显著提高。无论在公路勘测设计单位还是公路施工单位均具有重要的应用，但是由于其机器价格昂贵，所以目前推广应用还有一定难度。如果可以建设地域性大型基站，配合RTK流动站使用，实现资源共享，这样只需要购买流动站不仅可以节约资源还可以加快工程的进度。
参考文献
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