劉金鵬，曹先密，曹玉凱

（1.中冶集團武漢勘察研究院有限公司 上海分院，上海 201900；2.江蘇省常州市武進規(guī)劃與測繪院，江蘇 常州 213159；3.河南省有色地礦局第五地質大隊，河南 鄭州 450016）

1 GPS－RTK和全站儀數字化測量的工作原理及比較

1.1 全站儀簡介及測量原理

全站儀全稱為全站型電子速測儀，通常又稱為電子全站儀或電子速測儀，它是把測距測角和微處理機等部分結合起來形成一體能夠自動控制測距測角、自動計算水平距離高差坐標增量的測繪儀器，同時，可自動顯示記錄存儲和數據輸出，全站儀實現了測距的發(fā)射軸、接收軸與望遠鏡視準軸3個軸共軸的結構，因此，更適合于對移動目標及空間點的測量，內部有極其豐富的測量軟件，可方便快捷地進行操作。

1.2 GPS－RTK簡介及其基本原理

RTK（Real Time Kinematic）工作原理是通過數據鏈將相對獨立的基準站和流動站上的接收機連成一個有機的整體。基準站把接收到的偽距、載波相位觀測值和基準站的一些信息（如基準站的坐標和天線高等）通過數據鏈傳送到流動站，流動站在接收衛(wèi)星信號的同時，也接收基準站傳送來的數據并進行處理：將基準站的載波信號與自身接收到的載波信號進行差分處理，即可實時求解出兩站間的基線向量，同時，輸入相應的坐標，轉換參數和投影參數，即可求得未知點坐標。

1.3 GPS－RTK與全站儀數字化測量的比較

采用全站儀進行測量的優(yōu)點是能夠直接獲取地面點的三維坐標，并且設站靈活，自動記錄，自動計算；缺點是測量工作受地形和人為因素影響較大，并且要求通視，需建立足夠的控制點，外業(yè)時間較長。GPS－RTK能夠進行全天候測量，測站之間無需通視，工作效率較高，定位精度均勻，在地形簡單、天空開闊地區(qū)，GPS－RTK作業(yè)優(yōu)勢更加明顯。但在遇到高大障礙物的情況下，GPS接收機很難接收到衛(wèi)星和無線電信號，即使能夠得到數據，精確度也受到一定程度影響，并且單基站模式下的作業(yè)半徑也具有一定的局限性。

1.4 GPS－RTK與全站儀聯合作業(yè)方式分析

目前，單獨使用GPS－RTK或全站儀已經無法滿足實際測量工作的需要，在施工中通常需要同時采用2種方法，即在施工進行中使用GPS－RTK，在施工場地范圍內布設少量施工控制點，當GPSRTK的精度受外界環(huán)境影響時，使用全站儀。施工過程中可以隨機選取GPS－RTK測量成果并用全站儀檢核。這樣GPS－RTK的測量成果可為全站儀所用，全站儀測量值又可作為檢校GPS作業(yè)的依據，既解決了水平方向遮擋（全站儀）問題，也解決了上方遮擋（GPS－RTK）問題，避免了單獨使用GPSRTK或全站儀作業(yè)產生的局限性。

2 GPS－RTK聯合全站儀在道路勘察施工領域的應用實例

2.1 施工區(qū)域概況

此次試驗工程為揚州市某道路地基處理工程，測區(qū)位于江都市沿江開發(fā)園區(qū)，北臨長江大堤，南距長江100m，作業(yè)區(qū)呈東西方向，地勢平坦，有利于GPS－RTK作業(yè)方式的使用。

測區(qū)附近有當地國土局布設的三等GPS控制點E12、E13以及業(yè)主單位布設的施工控制GPS點JD01、JD02、JD03、JD06，分布均勻，涵蓋場地全部，可以作為平面、高程起算依據。

2.2 作業(yè)技術標準

本次試驗所采用的技術標準為①CH 20012－92全球定位系統（GPS）測量規(guī)范；②CH 10022－95測繪產品驗收規(guī)定；③CH 10032－95測繪產品的評定標準；④GPS RTK《測量技術規(guī)范》；⑤GB50208－93《工程測量規(guī)范》；⑥ GBJ202－2002《地基與基礎工程及驗收規(guī)范》。

本次測量采用中海達V8雙頻GPS接收機1＋1臺套（使用GSM卡模式）；平面坐標系統采用該地區(qū)獨立坐標系；高程系統采用1985國家高程基準。

2.3 作業(yè)過程

2.3.1 基準站架設

V8雙頻接收機的優(yōu)點之一是可以任意設站，不需在已有控制點上架設儀器，此次工程使用輕便靈活、覆蓋范圍較大的手機卡發(fā)射模式作為作業(yè)模式。

2.3.2 參數轉換及公式

GPS－RTK測量所使用的坐標系統為 WGS－84坐標系，而本工程控制坐標系統是地方坐標系，因此，必須進行坐標轉換。通常已知地面網的三維坐標是在參心坐標系中以大地坐標的形式表示，設為（B，L，H）；GPS的三維坐標一般是在協議地球坐標系中以空間直角坐標或大地坐標的形式給出的，設為（X84，Y84，Z84），坐標轉換解算一般選用高斯3度帶模型，數學表達式為

式中：[Δx，Δy，Δz]為3個平移參數，εx，εy，εz為3個旋轉參數，k為尺度變化。

為求得這7個轉換參數至少需要3個公共點，當多于3個公共點時可以按照最小二乘法求得7個參數的最或然值，對于7參數而言，參數k＝0.999987093501727，數轉換模型比較嚴密，它是既有旋轉又有平移的兩個空間直角坐標系的坐標換算。

當測得已有控制點WGS－84坐標并輸入相應控制點（當地坐標系下）的實際坐標，進行一一配對后，RTK手簿會自動結算出以上轉換參數和高程改正量。一般在地形起伏變化不大的場地，只需兩個相應的控制點做轉換參數計算，由于施工對測量精度要求較高，為能得到較精確的高程擬合網，選擇可以覆蓋整個測區(qū)的E12、E13、JD01、JD03、JD06等5個控制點進行四參數轉換，控制點位置如圖1所示。

圖1 控制點位置

在剔除不穩(wěn)定控制點坐標后，解算得平面坐標X平移量ΔX＝101.008787190835，平面坐標Y改正量ΔY＝ －100.61633255811，旋 轉 參 數0.000203679，尺度K＝0.999987093501727，高程改正量＝5.53815718939156，應用后，參數轉換完成。

2.3.3 流動站的設置及點校驗

流動站的各項參數設置如電臺發(fā)射頻率，電臺發(fā)射模式要與基準站保持一致。在連接流動站后手薄顯示測區(qū)上空有效衛(wèi)星數多于5顆，差分電文數為固定解1.0后，即可正常工作。為驗證在不同時段、不同天氣下測得RTK－GPS測點精度的誤差是否符合施工要求及規(guī)范要求，選用測區(qū)中JD06控制點作為校正點，與其距離為800m的JD04作為檢核點，測量10次取其平均值，每次觀測均為180s，其結果見表1。

表1 已知點檢核結果

分析可得全天候檢核觀測X坐標誤差最大值為－2.0cm，Y坐標誤差最大值為－1.79cm，高程誤差最大值為1.86cm，符合施工要求。

2.3.4 施工過程中的精度檢測

1）施工準備階段場地補充勘察放線。利用GPS－RTK補充勘察階段放樣點18個，經檢核放點精度符合勘察規(guī)范規(guī)定的平面放點精度為±50cm的精度要求。

2）施工準備階段場地施工控制網布設。利用全站儀對甲方提供的控制網進行附合導線測量，并進行平差計算，計算結果應滿足平差要求。

3）實施階段前期為場地15m的方格網測量及土方量計算。利用GPS－RTK在全場范圍內進行15m方格網測量，實測數據證明在平坦且無明顯高程變化地形下，GPS－RTK與南方全站儀測量的數據在南方CASS軟件計算所得區(qū)域土方平衡平均標高值與數學加權平均數計算結果相同。并且該方式與全站儀測量方式相比具有簡單、高效、省時、省力、精度高，無通視限制的優(yōu)勢。

4）施工期間排水板、強夯、CFG樁測量放線。本實驗利用GPS－RTK進行放線測量，并利用全站儀進行定期復測檢核，根據校驗所得GPS－RTK最大放線平面誤差為2cm，符合施工及規(guī)范放線要求。

5）施工后期場地砂墊層標高測量。對場地砂墊層過程標高測量以及砂墊層結束之后的驗收測量，利用GPS－RTK進行分區(qū)控制，并用水準儀配合測量即可滿足精度要求。

3 結 論

1）在道路勘察工程中，RTK可滿足全部地形的放線測量需要。

2）在施工工程前期控制網布設及檢核的過程中，由于GPS－RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%，GPS－RTK比靜態(tài) GPS多出一些誤差因素，如數據傳輸鏈誤差等。因此，為避免誤差，在布設控制網時需用靜態(tài)GPS或全站儀進行布設并用全站儀進行檢核測量。

3）在低精度地基處理施工中完全可以使用GPS－RTK進行放點、放線以及輔助測量工作，對精度要求較高的工藝流程可用全站儀做配合檢核測量或由全站儀獨立完成。

[1] 李清華，姜赟.GPS－RTK與全站儀聯合作業(yè)在數字測圖中 的 應 用 [J].測 繪 與 空 間 地 理 信 息，2010，33（6）：120－123.

[2] 張書華.RTK和全站儀聯合采集數據應用于濮陽污水處理系統有關問題的探討[J].測繪科學，2007，32（4）：168－170.

[3] 楊文府，崔玉柱.GPS－RTK的技術方法探討與對策[J].測繪工程，2008，17（4）：50－53.

[4] 張書華，李小顯.RTK協同全站儀聯合采集數據有關問題分析[J].地理空間信息，2007，5（5）：8－10.

[5] 石金峰，李新慧，楊培章.RTK技術及其在控制測量中的應用[J].遼寧工程技術大學學報，2004，23（6）：737－739.

[6] 張子江，徐軍.RTK實時動態(tài)測量可靠性的檢驗[J].勘察科學技術，2002（4）：49－51.

[7] 劉勇權，鄒逸江.基于GIS與GPS技術的ITS框架研究[J].黑龍江工程學院學報（自然科學版），2008，22（2）：32－36.