文/曾勇、彭柳華

1 GPS-RTK測量技術概述

1.1 測量原理

GPS-RTK實時動態(tài)測量技術是GPS測量技術和數(shù)據實時傳輸技術的有機結合，主要基于載波相位觀測結果完成動態(tài)定位，并能在坐標系內進行觀測點三維坐標的實時定位，定位及測量結果可達厘米級精度。傳統(tǒng)水準測量、三角高程測量等技術受山區(qū)地形復雜、通視條件差、高差大等的影響，難以正常施測，GPSRTK測量技術不需要測點之間通視便能實時提供任意測點三維坐標，且不受天氣條件影響而全天候施測[1]。GPS-RTK測量技術由基準站和流動站等部分組成，基準站通常設置于地勢較高且視野開闊的區(qū)域進行GPS衛(wèi)星數(shù)據的持續(xù)跟蹤并與數(shù)據站配合，將觀測數(shù)據信號實時傳送至流動站，以發(fā)揮控制作用。流動站通過數(shù)據連接技術將所接收到的來自基準站的衛(wèi)星數(shù)據差分觀測值進行實時處理，并最終確定出厘米級精度的測量定位結果。

1.2 測量流程

首先，進行測區(qū)控制網布設。以待測路線的已知點為起點，根據異步閉合網的形式沿路線進行GPS控制網布設，對于山區(qū)平緩區(qū)域最佳間距應為2000-3000m，而對于山區(qū)高差變化較大的區(qū)域，GPS信號可能受到阻擋，故應根據高差變化趨勢及測量精度要求進行控制點間距設置，且不超過2000m。在測區(qū)控制網布設完畢，進行各控制點WGS84點位坐標和大地標高的靜態(tài)觀測，基準站應選擇點位環(huán)境較好的控制點，并與其余控制點進行就近聯(lián)測和RTK測量精度控制。

其次，進行坐標系轉換。將控制點WGS84點位坐標及地方坐標系成果等基礎數(shù)據輸入控制器，并運用PowerADJ5.0軟件解算基線和網平差，最終得出WGS84點位坐標系地方坐標系轉換系數(shù)及各控制點高程擬合系數(shù)。

第三，進行公路中線樁實際點位測定。將公路中線樁坐標設計值傳輸至RTK手薄內的坐標數(shù)據庫，基于事先坐標系轉換及高程擬合結果進行公路中線樁測放，并在公路實地埋樁標記。

第四，進行中線放樣?？紤]到GPS-RTK測量技術放樣功能較為全面，公路工程中線測放應采用其放樣點平面位置功能。在RTK手薄放樣界面輸入放樣點編號，根據所顯示的放樣信息進行導航數(shù)據測算，并在導航圖內顯示出放樣點位置。測出RTK天線所處地方坐標后顯示其坐標位置和實際位置的偏移程度，并將RTK天線的調整距離與方向顯示于導航圖內，若其位置與放樣點真實位置重合，則應將實際位置坐標高程等信息存儲于坐標文件[2]。

最后，整理并輸出坐標數(shù)據文件。通過對比坐標設計值與實際點位值以防止人為誤差引起放樣錯誤，并儲存中線樁高程相關數(shù)據便于公路橫縱斷面測量之用。

2 GPS-RTK測量技術應用實例

2.1 工程概況

某山嶺重丘一級公路起止樁號K16+460-K28+960，線路全長12.5km，且呈東西走向，其中K16+611.5-K19+241段為山地，長2.63km，相對高程405-743m，高差相對值338m；K23+102.7-K24+447.9段為山間盆地，高程為474-489m，高差相對值15m，地勢平緩，植被茂盛。本公路設計時速40km/h，路基寬28.5m，路面寬25.5m，公路設計荷載為汽車-20，掛車-100。公路施工段路基開挖土方量1.7587萬m3，石方開挖量1.1520萬m3，20cm厚水泥混凝土碎石基層施工量0.7150萬㎡，8cm厚水泥混凝土碎石基層施工量0.4681萬㎡，15cm厚填隙碎石底基層施工量0.773萬㎡，25cm厚水泥混凝土路面工程量0.6636萬㎡。

本山嶺重丘一級公路位于東南沿海平原丘陵區(qū)華夏長樂-南澳新斷裂帶地質段，區(qū)域地層主要為中生代火山巖及第四紀沉積物，且線路周圍多呈現(xiàn)丘陵、海濱平地地貌，并覆蓋較厚的亞黏土、壓砂土殘積-坡積地層。工程沿線屬典型的亞熱帶海洋性季風氣候，雨量豐富，氣候潮濕，年均氣溫在20℃以上，年均降水量至少1250mm，年平均風速7.20m/s。

2.2 儀器選擇及控制點布置

本山嶺重丘一級公路GPS-RTK測量主要采用Trimble5700-RTK儀器，其具有較高的實時動態(tài)標稱精度（水平向和垂直向分別為10mm+10-6和20mm+10-6）和快速靜態(tài)標稱精度（水平向和垂直向均為10mm+10-6）。

圖1 某山嶺重丘一級公路線路簡圖

在該山嶺重丘一級公路線路簡圖中將起算點設置為線路起點A西北向相距約1.5km以及東南方向相距約2.3km的兩個國家控制點，并在公路全線設置45個等級為Ⅳ級的GPS點，以構成異步閉合性控制網，對點按照2.6km的間隔設置，而且對點之間的距離不能超出0.5km。通過持續(xù)24h的靜態(tài)觀測以取得不同控制點WGS84點位坐標以及大地標高值，再計算出WGS84點位坐標-地方坐標系的轉換系數(shù)和高程擬合系數(shù)[3]。

2.3 測量質量控制

在該山嶺重丘一級公路線路簡圖中的AB段控制點處設置基準站，并進行數(shù)據初始化處理，再連續(xù)12h進行周邊其余控制點數(shù)據的聯(lián)測，按照5min的時間間隔進行定位數(shù)據的采集，并根據數(shù)據取值進行本次測量結果的校核。

3 測量精度分析

通過分析各施測點所取得數(shù)據的精度，目的在于找出影響山嶺重丘一級公路RTK測量精度的主要因素，并通過因素控制以提升測量精度。

3.1 衛(wèi)星分布的影響

幾何精度衰減因子PDOP是衡量GPS衛(wèi)星空間幾何分布對GPS測量結果精度影響程度的主要指標[4]，在1954北京坐標系下計算設置于該山嶺重丘一級公路AB段的RTK放樣點的約束平差以及點位中位差，根據結果進行衛(wèi)星空間幾何分布對GPS-RTK測量精度影響程度的分類統(tǒng)計，結果見表1。

表1 該山嶺重丘一級公路AB段的RTK放樣點PDOP值誤差統(tǒng)計結果

由上表統(tǒng)計結果可知，在初始化RTK測量數(shù)據后，其測量精度已完全符合儀器標稱精度及相關規(guī)范，在衛(wèi)星空間幾何分布狀態(tài)的影響下，PDOP值的增大導致標準差也隨之增大，且PDOP∈[0，2)時，觀測結果精度最高；PDOP∈[2，5)時，觀測數(shù)據標準差與PDOP∈[0，2)時相當接近，當PDOP∈[5，99.9)時，觀測結果標準差明顯增大，但是仍符合標稱精度的相關規(guī)定。

3.2 控制點分布的影響

本公路測量中以2005年所設置的E級GPS點為比測控制點，且各個測點都顯示精度，施測控制手簿中的精度缺省值按平面0.015m、高程0.020m設置，比測點誤差均應小于此限值，且將點位移最值控制在0.290m，其與基準站的距離不能超出5.30km，高程較差應低于0.245m，測點位移中誤差應控制在0.095m。

根據本山嶺重丘一級公路測量結果，描繪基站距離與點位關系圖（圖2），并根據《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007），將圖根電磁波測距所要求的坐標閉合差控制在0.4mm以內，測站點導線坐標閉合差控制在0.8mm以內。

圖2 基站距離與點位關系圖

根據基站距離與點位關系圖進行1：500比例尺測圖，當基準站和流動站相距不足6.0km時，平面點位移在0.25m范圍內變化，且滿足相關規(guī)范所規(guī)定的圖根級測量精度要求，高程誤差在0.1m以內。

3.3 遮擋物的影響

考慮到本公路線路處于山嶺重丘區(qū)域，在測量過程中遮擋物較多，衛(wèi)星信號接收、無線電信號傳輸?shù)染鶗艿秸趽跷锏挠绊?。為此，本工程在該山嶺重丘一級公路線路簡圖（圖1）中選擇BC段茂林區(qū)進行測試。先進行無遮擋數(shù)據的初始化，并待進入茂林區(qū)后在林木相對稀疏區(qū)域展開測量，因初始化數(shù)據頻繁丟失，難以繼續(xù)展開測量[5]。同時在BC段高壓線區(qū)域進行的測量結果也存在較大偏差，表明遮擋物的存在對本公路工程GPS-RTK測量結果精度影響較大。

3.4 基準站點位影響

根據前述分析結果，基準站與測點距離只要控制在合理范圍內就可弱化兩者距離對測量精度的影響。此外，還應考慮測點與基準站高差對測量精度的影響，在該山嶺重丘一級公路線路簡圖中分別在AB、BC、CD段設置水平距離相同但高差不同的測點進行比測，結果顯示，測點于基準站高差對測量結果精度并無明顯影響。

4 結語

通過本公路工程測量實踐，GPS-RTK測量技術在山嶺重丘區(qū)域的應用能顯著提升測量效率，降低成本且縮短工期，測量過程簡便，測量結果精度高，對于山區(qū)公路工程測量提供了技術途徑。但是，GPS-RTK測量結果的準確程度受到衛(wèi)星空間幾何分布、控制點設置、遮擋物及基準站點位等的影響較大，為保證測量精度，必須嚴格遵守相應的測量規(guī)程，增強控制點位布設的準確性，并將PDOP取值控制在[2，5)范圍內，測量點位與基準站距離不超出6.0km，通過不間斷的質量校核，并盡量避免在密林區(qū)域、通訊信號發(fā)射塔區(qū)、高壓線等處展開GPS-RTK測量施工，以保證測量結果精度，為公路工程施工提供可靠的依據。