萬兵

（中鐵四局集團(tuán)海外分公司 安徽合肥 230000）

GPS RTK技術(shù)在復(fù)雜公（鐵）路工程測量中的應(yīng)用

萬兵

（中鐵四局集團(tuán)海外分公司 安徽合肥 230000）

經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的交通需求加快了我國的公路、鐵路建設(shè)步伐，g技術(shù)的廣泛應(yīng)用能夠提高測繪成果質(zhì)量和測繪工作效率，避免傳統(tǒng)測繪工作量大、數(shù)據(jù)精確度低、費(fèi)用支出高昂等問題的出現(xiàn)，保證了測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，測量工作時(shí)效性和測量人員安全性。隨著科技的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)在公路、鐵路乃至于各項(xiàng)工程測量工作的實(shí)際應(yīng)用就是g技術(shù)的使用和推廣，g技術(shù)也因?yàn)樽陨砭珳?zhǔn)度高和動(dòng)態(tài)性好的優(yōu)點(diǎn)，逐步應(yīng)用于各個(gè)部門和各項(xiàng)大型工程之中，如南水北調(diào)、西氣東輸?shù)取１疚囊詆技術(shù)在復(fù)雜公路、鐵路工程測量的應(yīng)用為切入點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)研究，為對(duì)g技術(shù)進(jìn)行深入研究提高參考。

GPS PTK技術(shù)；工程測量；工作流程

1 GPS PTK技術(shù)工作原理和優(yōu)勢

1.1 GPS PTK技術(shù)工作原理

全球定位系統(tǒng)的簡稱即為GPS，這是一種全天候、全方位的跟蹤測量定位設(shè)備，主要運(yùn)用了先進(jìn)的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。我們?yōu)榱朔奖愎軐⒃O(shè)備的種類和測量方式理根據(jù)坐標(biāo)、演算方式和精度的不同將其分為靜態(tài)、動(dòng)態(tài)后處理、RTK、RT、毫米級(jí)、厘米級(jí)等。我們在外作業(yè)時(shí)能夠及時(shí)得到厘米級(jí)的定位便是應(yīng)用了RTK技術(shù)，這就要在GPS接收機(jī)內(nèi)裝入更高速、更小型的計(jì)算機(jī)。而在進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測時(shí)用到的則是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的配合，首先基準(zhǔn)站需要通過電臺(tái)將坐標(biāo)傳輸給流動(dòng)站，再由流動(dòng)站將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為海拔高度和平面坐標(biāo)，最后進(jìn)行差分處理才能得到。GPS PTK技術(shù)同時(shí)擁有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力（如圖1）。

1.2 GPS PTK技術(shù)工作優(yōu)勢

傳統(tǒng)的測量方法由于測繪周期長，測繪準(zhǔn)確度低，測繪工作量大等缺點(diǎn)已經(jīng)逐步被新型的測繪技術(shù)和測繪儀器所取代，這是科學(xué)技術(shù)在測繪工作中的實(shí)際應(yīng)用，適應(yīng)時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展。GPS PTK技術(shù)存在以下的技術(shù)優(yōu)勢：

（1）打破了內(nèi)外界作業(yè)的限制，縮減了測量工作的流程。GPS PTK技術(shù)的成圖流程從首級(jí)控制到成圖應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)一體化作業(yè)，極大縮短了測量工作的周期，提高了測量工作的效率和準(zhǔn)確性，降低了工作強(qiáng)度。

（2）數(shù)據(jù)采集便捷。GPS PTK技術(shù)的應(yīng)用同時(shí)建立在嚴(yán)格的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之上，嚴(yán)格的記錄格式被編寫成程序直接應(yīng)用到了測量工作之中，而為了后期再對(duì)圖形進(jìn)行編輯時(shí)能夠快速的進(jìn)行處理并得以運(yùn)用，我們通過數(shù)字測圖軟件將收集到的名稱、所編號(hào)碼等進(jìn)行識(shí)別。

（3）GPS RTK技術(shù)在外作業(yè)時(shí)可以不分幅作業(yè)，因?yàn)檫@一技術(shù)沒有圖幅邊界的限制，收到不分幅的作業(yè)之后在業(yè)內(nèi)成圖時(shí)自動(dòng)進(jìn)行分幅并且進(jìn)一步的進(jìn)行接邊處理。

（4）數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度高。GPS能夠完成1∶500圖根控制測量點(diǎn)位的高程精度的測量，而且不會(huì)發(fā)生誤差積累的弊端，誤差分布比較均勻，完全可以滿足大比例尺測圖的需要。RTK技術(shù)控制測量操作比較簡便，機(jī)動(dòng)性很強(qiáng)。

當(dāng)然技術(shù)在現(xiàn)實(shí)發(fā)展過程之中需要不斷完善和彌補(bǔ)，GPS PTK技術(shù)較于傳統(tǒng)測量方法具有天然的技術(shù)優(yōu)勢，也不可避免地存在一定的問題，如受衛(wèi)星狀況限制，受電離層影響，受數(shù)據(jù)傳輸距離的影響等，在實(shí)際應(yīng)用中的問題，也已經(jīng)找到彌補(bǔ)的辦法來完善GPS PTK技術(shù)，使其更好地為工程測量服務(wù)。

圖1 GPS PTK系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程示意圖

2 GPS PTK技術(shù)應(yīng)用作業(yè)流程

GPS PTK技術(shù)在發(fā)展應(yīng)用的過程中形成了一整套完整有效的作業(yè)流程，實(shí)際應(yīng)用過程中，按照相關(guān)流程進(jìn)行作業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)GPS PTK技術(shù)的合理應(yīng)用和保證測量準(zhǔn)確度，降低測量時(shí)間。GPS PTK技術(shù)定位作業(yè)流程主要由基準(zhǔn)站的設(shè)置、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換和流動(dòng)站測量定位組成，三個(gè)流程相互聯(lián)系，構(gòu)筑起完整的定位流程。

2.1 設(shè)置基準(zhǔn)站

①因?yàn)楣こ痰男枰占⑶覚z測當(dāng)?shù)匾阎母叩燃?jí)控制點(diǎn)，以保證我們得到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。然而大部分情況下收集來的已知控制點(diǎn)并不能直接用于我們的工程當(dāng)中，所以我們應(yīng)在測試區(qū)內(nèi)安裝設(shè)置多個(gè)控制點(diǎn)，并且測算控制點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。②在用RTK進(jìn)行定位測量時(shí)，在選定好的基準(zhǔn)站上設(shè)置接收機(jī)以便盡快拿到準(zhǔn)確的配置所需參數(shù)。

2.2 轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)

一般來說一個(gè)工程項(xiàng)目的建設(shè)是在當(dāng)?shù)氐莫?dú)立坐標(biāo)系中完成的，所以我們需要將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為參考系數(shù)。再利用其他的控制點(diǎn)（至少三個(gè)）對(duì)RTK的參數(shù)進(jìn)行再次的修正（不得少于七參數(shù)），將求出的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為參數(shù)后，利用測量控制器算出這一工程的獨(dú)立坐標(biāo)。

2.3 流動(dòng)站測量定位

我們?yōu)榱送瓿晒こ绦枰南嚓P(guān)測量定位工作和測繪工作，不僅要確認(rèn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的準(zhǔn)確還要根據(jù)流動(dòng)站對(duì)工程進(jìn)行實(shí)時(shí)的測量和定位。

3 GPS PTK技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

工程的建設(shè)過程中，GPS PTK技術(shù)的應(yīng)用總體來說對(duì)不同的施工需要都大同小異。其基本的應(yīng)用步驟和應(yīng)用程序也在總體上適應(yīng)了多數(shù)地區(qū)工程的建設(shè)，現(xiàn)總結(jié)其實(shí)際應(yīng)用的步驟及基本環(huán)節(jié)如下：

3.1 基準(zhǔn)站的設(shè)置

由于控制點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用過程中距離線路的遠(yuǎn)近不同，控制點(diǎn)的設(shè)置數(shù)量也要隨之改變，以GPS的基準(zhǔn)站為基準(zhǔn)，線路距離要與控制點(diǎn)的數(shù)量成正比。首先平面控制網(wǎng)按照GPS靜態(tài)C級(jí)的相對(duì)測量和高程為三等精度的聯(lián)測的水平進(jìn)行測算，并且控制點(diǎn)間的距離平均在1km左右，最大間距3km。

3.2 確認(rèn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

GPS PTK技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)保證坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的準(zhǔn)確性，轉(zhuǎn)換參數(shù)確定的兩種方法：

（1）利用RTK設(shè)備中測量控制器在現(xiàn)場進(jìn)行測算，從平面控制點(diǎn)中選擇不少于三個(gè)點(diǎn)，將其準(zhǔn)確的坐標(biāo)輸入到控制器中，在現(xiàn)場進(jìn)行逐點(diǎn)定位測量，觀測5min，三個(gè)測量點(diǎn)完成后，運(yùn)用測量控制器的自帶軟件進(jìn)行計(jì)算。此方法耗費(fèi)時(shí)間多，現(xiàn)場施工時(shí)間長。

（2）同樣利用（1）步驟中的控制點(diǎn)的坐標(biāo)，加上測算出的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，在內(nèi)業(yè)中計(jì)算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，將參數(shù)輸入測量控制器。此方法相較于靜態(tài)觀測用時(shí)較短，參數(shù)準(zhǔn)確度高，如表1所示。

表1 RTK定位結(jié)果與靜態(tài)定位結(jié)果比較表

3.3 分項(xiàng)測量

（1）普通控制測量。局部地區(qū)為了進(jìn)行分項(xiàng)工程的測量，需要采用PTK技術(shù)對(duì)收集到的已知點(diǎn)或通過相對(duì)靜態(tài)技術(shù)進(jìn)行加密的GPS控制點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測。

（2）定線放樣。因?yàn)榫€路放線工作需要控制器實(shí)時(shí)測點(diǎn)里程和偏移距。所以為了方便線路圖的自動(dòng)生成需要在控制器中輸入線路放線時(shí)線的曲線要素。

（3）地形測繪。RTK技術(shù)和常規(guī)地面技術(shù)的合理組合能夠有效地對(duì)復(fù)雜地形進(jìn)行有效測繪。同一基準(zhǔn)站同時(shí)供多個(gè)流動(dòng)站使用，外業(yè)工作小組可以同時(shí)分散區(qū)域進(jìn)行工作，輔之RTK技術(shù)進(jìn)行沿線局部測繪的效率將大為提高。當(dāng)測點(diǎn)位于偏遠(yuǎn)險(xiǎn)峻地區(qū)，尤其是GPS信號(hào)受阻，則需要將RPK與全站儀相結(jié)合的辦法測繪局部地形，操作步驟如下，利用RTK技術(shù)測設(shè)必要的圖根點(diǎn)，再設(shè)全站儀進(jìn)行碎部測量。

（4）縱橫、斷面測量。RTK技術(shù)可以有效對(duì)隧道、橋梁等復(fù)雜工程進(jìn)行精確有效的測繪，尤其是針對(duì)地形情況復(fù)雜，要求精確度高，常規(guī)地面測量方法難以實(shí)現(xiàn)測量精準(zhǔn)度的工作。使用RTK技術(shù)進(jìn)行工程地形斷面測繪，達(dá)到了靈活、高效和質(zhì)優(yōu)的效果。

（5）專業(yè)調(diào)查與測繪。對(duì)于項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求調(diào)查和測繪的工作，需要實(shí)地調(diào)查和必要測繪，采用RTK技術(shù)進(jìn)行作業(yè)能夠有效甄別需要測量的具體工作，避免常規(guī)方法作業(yè)頻繁支點(diǎn)和搬站的高強(qiáng)度工作量，提高工作效率，保證工作質(zhì)量。

4 結(jié)束語

RTK（Real Time Kinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量都需要事后進(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、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

GPS PTK技術(shù)在工程測量中的實(shí)際應(yīng)用極大提高了工程測量施工效率，保證了數(shù)據(jù)的精確性，繪圖的時(shí)效性，尤其是能夠避免傳統(tǒng)測繪方法出現(xiàn)的弊病，能夠適應(yīng)不同情況下、不同地形對(duì)測量的精準(zhǔn)度要求，解放了生產(chǎn)力，尤其是工人頻繁的人工作業(yè)，高強(qiáng)度的人工勞動(dòng)得以解放，實(shí)現(xiàn)GPS PTK技術(shù)的大范圍推廣和應(yīng)用。當(dāng)然在GPS PTK技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中還存在著一些限制性因素和操作中的問題，尤其值得我們不斷更新技術(shù)，解決問題，真正意義上實(shí)現(xiàn)工程測量的效率化，時(shí)效性，精確性，穩(wěn)定性。

[1]詹龍喜，高雅萍.RTK技術(shù)在GPS高程測量中的應(yīng)用研究[J].上海地質(zhì)，2002（03）.

[2]張正祿.論工程測量學(xué)科的現(xiàn)狀和教材建設(shè)[J].測繪通報(bào)，2002（06）.

[3]晏紅波，黃騰.GPS網(wǎng)絡(luò)RTK的現(xiàn)狀及應(yīng)用前景探討[A].現(xiàn)代空間定位技術(shù)應(yīng)用研討交流會(huì)論文集（第5卷第3集）[C].2007.

U212.2

A

1004-7344（2016）05-0149-02

2016-2-2