張景蕓

(新疆立弓交通勘察設(shè)計(jì)研究院)

淺談RTK在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張景蕓

(新疆立弓交通勘察設(shè)計(jì)研究院)

公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中測(cè)量?jī)x器及方法也在隨著時(shí)代的發(fā)展而日新月異，它歷經(jīng)了光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)量、光學(xué)經(jīng)緯儀與光電測(cè)距儀聯(lián)合使用測(cè)量、全站儀測(cè)量、RTK測(cè)量以及衛(wèi)星遙感技術(shù)測(cè)量，由于衛(wèi)星遙感技術(shù)成本高，還未全面普及，一般勘測(cè)中很少使用，主要結(jié)合實(shí)際情況介紹RTK在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

RTK;公路勘測(cè)

1 RTK

RTK(Real-time kinematic)是指實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)。這是一種新的GPS測(cè)量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)勘測(cè)效率。

目前市面上使用的RTK均以美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)，而我國自行研制開發(fā)的北斗系統(tǒng)目前已可以覆蓋亞洲區(qū)域，但還未對(duì)民用進(jìn)行普及，北斗系統(tǒng)在不久的將來也將發(fā)展為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。

2 工作原理

在工作環(huán)境中，RTK測(cè)量必須有一個(gè)基準(zhǔn)站和至少一個(gè)移動(dòng)站進(jìn)行配合使用，基準(zhǔn)站與移動(dòng)站同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)站通過發(fā)射電臺(tái)把所接收的載波相位信號(hào)發(fā)射出去;移動(dòng)站在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)也通過其接收電臺(tái)接收基準(zhǔn)站的電臺(tái)信號(hào);在這兩信號(hào)的基礎(chǔ)上，移動(dòng)站上的固化軟件就可以實(shí)現(xiàn)差分計(jì)算，從而精確地定出基準(zhǔn)站與移動(dòng)站的空間相對(duì)位置關(guān)系。移動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量。

3 優(yōu)點(diǎn)

(1)全天候作業(yè);(2)解決不通視問題;(3)定位精度高;(4)提供三維坐標(biāo);(5)測(cè)量時(shí)間短;(6)操作簡(jiǎn)便。

4 缺點(diǎn)

RTK測(cè)量也有缺點(diǎn)，它不能在靠近高建筑及密林的地點(diǎn)測(cè)量，那樣會(huì)阻擋RTK接受衛(wèi)星的數(shù)量，影響測(cè)量結(jié)果和測(cè)量時(shí)間，所以一般在穿越林帶地區(qū)使用效果不理想;在塔什庫爾干大同鄉(xiāng)測(cè)量時(shí)，因路線位于兩座高山之間葉兒羌河畔，山間距僅50～150 m，山相對(duì)高差約800～1 200 m左右，在實(shí)際測(cè)量中等待衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)間為5～10 min，信號(hào)持續(xù)時(shí)間僅3～5 min，RTK幾乎無法測(cè)量。

5 測(cè)量方法

RTK測(cè)量一般分為以下步驟:(1)靜態(tài)控制測(cè)量;(2)靜態(tài)點(diǎn)水準(zhǔn)儀高程測(cè)量;(3)實(shí)測(cè)。

5.1 靜態(tài)控制測(cè)量

因不同品牌的RTK電臺(tái)輻射范圍有所不同，一般對(duì)路線長(zhǎng)度在RTK輻射范圍以內(nèi)的道路測(cè)量(即基準(zhǔn)站不用搬站的情況下)，不用做靜態(tài)控制網(wǎng)，但對(duì)于較長(zhǎng)的路線，一般指路線長(zhǎng)度超出RTK電臺(tái)輻射范圍的道路，必須做靜態(tài)控制以滿足其平面精度要求。靜態(tài)控制測(cè)量必須采取三角網(wǎng)方式進(jìn)行，最理想狀態(tài)是將三角網(wǎng)擺成等邊三角行，但一般情況下受地形地物影響是不可能實(shí)現(xiàn)的，可根據(jù)實(shí)際情況將控制點(diǎn)三角形三邊平均邊長(zhǎng)不大5 km即可，但切忌將控制點(diǎn)擺放在一條直線上。靜態(tài)控制測(cè)量可以得到各個(gè)靜態(tài)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過RTK專用軟件將各個(gè)靜態(tài)點(diǎn)的三維坐標(biāo)解算后即可將路線全線納入到一個(gè)統(tǒng)一的控制網(wǎng)中，得到三角網(wǎng)控制點(diǎn)坐標(biāo)，為后面的測(cè)量作業(yè)提供保障。

5.2 靜態(tài)點(diǎn)水準(zhǔn)儀高程

一般情況下可量取RTK的儀器高后輸入計(jì)算機(jī)程序與平面數(shù)據(jù)一同進(jìn)行平差計(jì)算，但這種方法隨著地勢(shì)高差的不同，其高程精度也不同，在實(shí)際測(cè)量過程中總結(jié)出如下結(jié)論。一般地勢(shì)平緩地區(qū)高程精度在0.003～0.08 m之間(該數(shù)據(jù)為“阜康500水庫—米泉市—五家渠—昌吉—呼圖壁縣西沿干渠伴行公路改建工程”勘測(cè)中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù))，對(duì)于山區(qū)道路高程精度一般在0.005～0.25 m之間(該數(shù)據(jù)為“伊寧縣喀拉亞尕奇鄉(xiāng)—曲魯海鄉(xiāng)—城東加油站公路工程”中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù))，從以上數(shù)據(jù)可知RTK的高程數(shù)據(jù)是不可用的，其精度無法滿足道路測(cè)量要求，這時(shí)就必須將RTK測(cè)量的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，否則測(cè)量出來的數(shù)據(jù)中僅平面坐標(biāo)(X、Y)是準(zhǔn)確的，而高程數(shù)據(jù)(Z)是錯(cuò)誤的，它將隨著路線的長(zhǎng)短而產(chǎn)生累計(jì)誤差，累計(jì)到路線末端將會(huì)與實(shí)際高程產(chǎn)生很大的偏差，少則幾十厘米，多則1～2 m都有可能，比如在“阜康500水庫—米泉市—五家渠—昌吉—呼圖壁縣西沿干渠伴行公路改建工程”中RTK產(chǎn)生的高程累計(jì)誤差與水準(zhǔn)儀測(cè)量數(shù)據(jù)相比較偏差為1.2 m。所以為最大限度地提高其精度，在實(shí)際測(cè)量中可采用如下方法:將靜態(tài)控制點(diǎn)高程用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，并將控制網(wǎng)解算后得出的高程替換為水準(zhǔn)儀的測(cè)量高程，這樣采用RTK測(cè)量的地形圖高程精度就非常高了。

5.3 RTK實(shí)測(cè)

實(shí)測(cè)前應(yīng)做如下準(zhǔn)備工作:(1)將靜態(tài)控制測(cè)量數(shù)據(jù)錄入手簿;(2)先對(duì)某一個(gè)靜態(tài)控制點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)校正并將校正參數(shù)輸入其它RTK手簿中，為防止人為操作錯(cuò)誤，應(yīng)在另一個(gè)靜態(tài)控制點(diǎn)上做校核觀測(cè)，以確定數(shù)據(jù)無誤;(3)根據(jù)RTK的數(shù)量將整個(gè)需測(cè)量地域劃分為與RTK數(shù)量相同的片區(qū)，合理分工，每臺(tái)RTK測(cè)量各自的區(qū)域，避免重復(fù)測(cè)量或漏測(cè)，從而提高工作效率。

測(cè)量的過程中，信號(hào)必須滿足測(cè)量要求(一般不少于5顆衛(wèi)星方可工作)。

6 數(shù)據(jù)處理

6.1 與CASS軟件配套使用

RTK可直接進(jìn)行地形測(cè)量，可以很簡(jiǎn)單地采集地面三維坐標(biāo)，存于電子手簿中，再將外業(yè)采集的RTK數(shù)據(jù)通過專用軟件轉(zhuǎn)換為DAT格式并導(dǎo)出，而CASS軟件(CASS軟件是基于AutoCAD平臺(tái)研發(fā)的地形地籍成圖系統(tǒng)軟件)適用于公路地形測(cè)量中的內(nèi)業(yè)成圖及處理，將DAT格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入CASS軟件中，該軟件可將地名點(diǎn)轉(zhuǎn)換為高程點(diǎn)并顯示高程數(shù)據(jù)，最終根據(jù)三角網(wǎng)生成電子地形圖。

6.2 與緯地道路、海地設(shè)計(jì)系統(tǒng)的使用

該公路設(shè)計(jì)軟件都可以將數(shù)字化地形圖地轉(zhuǎn)化為數(shù)字化地面模型和公路三維真實(shí)模型，可通過緯地道路或海地設(shè)計(jì)系統(tǒng)在電子地形圖上進(jìn)行紙上定線及路線方案比選，確定最佳路線位置方案;在工程可行性研究或初步設(shè)計(jì)階段，可在電子地形圖上采用內(nèi)插法獲得路線縱斷面地面高程、橫斷面地面線，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行縱斷面、橫斷面設(shè)計(jì)，取得相關(guān)工程數(shù)據(jù);通過三維建模，可生成路線透視圖，通過設(shè)置視點(diǎn)可以查看路線上任何樁號(hào)的透視圖;利用緯地道路或海地實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)，可以進(jìn)行三維動(dòng)畫模擬仿真。

比如在“福?？hS318—黃花溝開發(fā)區(qū)公路項(xiàng)目”中，就是利用RTK測(cè)量地形數(shù)據(jù)后，通過CASS軟件處理后生成地形圖，然后將數(shù)字化地形圖導(dǎo)入緯地設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行紙上定線，再將定線結(jié)果數(shù)據(jù)輸入RTK手薄中進(jìn)行路線放樣。

7 結(jié)束語

RTK與CASS軟件及海地、緯地道路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的聯(lián)合使用，可以提高公路勘測(cè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的精度、縮短外業(yè)勘測(cè)時(shí)間，在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用空間。

U412

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1008-3383(2012)04-0004-01

2012-01-05