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摘要：随着我国路网建设的飞速发展，高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，由于这些地区地形条件的限制，实施常规的测量比较困难，采用GPS RTK进行测量无疑是一种有效的手段。
关键词：GPS RTK技术;道路工程;测量
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
一、GPS RTK技术的特点
GPS RTK的技术特点：
（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）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Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。
（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）操作简便。GPS RTK测量的自动化程度很高。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。
二、GPS在道路工程中的应用
1控制测量
在道路的设计路线上做控制测量时,如果选择合适的数据链方案,RTK技术就可在长边静态测量中效果明显,当边长超过20 km时,流动站观测15-30 mim后,就会发现解开始趋向稳定,如果连续10 min内3维坐标分量的最大变动不会超过5μmD,且最后5 min内的互差小于2μmD时,用户可以根据具体的实际需要,决定是否要继续测量,可知RTK在技术上可以杜绝成果返工的情况,可以提高成果的完工效率。
2线路勘测
作为测量工作者来说,测量工作始终要遵循先控制后加密的测图原则,工作量相当大,而RTK作业,可在地形地物上以2~5 s一点的速度直接获取3维坐标,再由数字化成图软件系统将坐标、高程与有关的点属性编码综合处理,这样就形成了数字化地形图而直接用于线路的选取与设计,但有时候会碰到少量的地物点被遮挡后应该怎样处理的问题,现在RTK-GPS控制器系统软件中的COGO(坐标几何)功能就能很好地解决这样的问题,再进一步我们还可以利用坐标几何的功能,用线-线交点,线-距正交等方法间接算出所求点的坐标。
3中线测量与施工放样
利用RTK GPS功能,我们可以实现:
(1)在不同方向的2条路线上各测2点,求解其交点的坐标并立即放样到实地上。
(2)由实测或者设计的2点所定义的直线及圆心坐标与半径,立即算出ZY点(直圆点)坐标并放样到实地。
(3)由某路线实测的2交点坐标,立即算出路线设计里程。
(4)由已知圆的2个端点及圆心或半径,将其N等分并放样到实地。
(5)由起点里程与方位角所定义的直线,按里程立即算出百米桩的坐标并放样到实地。
(6)由实地3点确定一个圆的半径与圆心坐标,并立即放样到实地。
利用道路测设专用程序,使设计-测设-施工一体化,首先由道路设计软件计算出道路工程项目中关键的几何坐标,并定义它们的平面和高程基准值,把信息存放在专用信息卡上,在野外,根据设计基准给出的测站与偏差值完成有关的桩位测设与标定,在整个作业过程中,利用软件进行点位坐标的计算,并引导放样工作的全过程。
三、GPS RTK的误差特性及控制方法
1 GPS RTK定位误差的分类
(1)与仪器和干扰有关的误差:包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。
(2)与距离有关的误差:包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。
对固定基地站而言,与仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱,与距离有关的误差将随移动站至基地站的距离的增加而加大,所以RTK的有效作业半径是非常有限的(一般为几公里)。
2与仪器及干扰有关的误差
(1)天线相位中心变化。天线的机械中心和电子相位中心一般不重合,而且电子相位中心是变化的,它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化,可使点位坐标的误差一般达到3~5 cm。因此,若要提高RTK定位精度,必须进行天线检验校正,检验方法分为实验室内的绝对检验法和野外检验法。
(2)多路径误差。多路径误差是RTK定位测量中最严重的误差。多路径误差取决于天线周围的环境。多径误差一般为几厘米,高反射环境下可超过10cm。多径误差可通过下列措施予以削弱:①选择地形开阔、不具备大面积反射面的点位;②采用扼流圈天线;③采用具有削弱多径误差的各种技术的天线;④基地站附近辅设吸收电波的材料。
(3)信号干扰。信号干扰可能有多种原因,如无线电发射源、雷达装置、高压线等,干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。为了削弱电磁波幅射副作用,必须在选点时远离这些干扰源,离无线电发射台超过200 m,离高压线超过50 m。在基地站削弱无线电噪声最有效的方法是连续监测所有可见卫星的周跳和信噪比。
(4)气象因素。快速运动中的气象峰面,可能导致观测坐标的变化达到1~2 dm。因此,在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。
3与距离有关的误差
与距离有关的误差大部分可通过多基准站技术来消除。但是,其残余部分也随着至基地站距離的增加而加大。
(1)轨道误差。目前,轨道误差只有几米,其残余的相对误差影响约为1 PPM,就短基线(<10 KM)而言,对结果的影响可忽略不计,对20~30 km的基线则可达到几厘米。
(2)电离层误差。电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差,其延迟强度与电离层的电子密度密切相关,电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化。利用下列方法使电离层误差得到有效的消除和削弱:利用双频接收机将L1和L2的观测值进行线性组合来消除电离层的影响;利用2个以上观测站同步观测量求差(短基线);利用电离层模型加以改正。
（3)对流层误差。对流层误差同点间距离和点间高差密切相关,一般可达3 PPM。为了保证RTK厘米级精度,要对与测站有关的误差一起模拟。
4 GPS RTK的精度和稳定性问题
GPS RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪，容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况的影响。因此,必须进行质量控制。主要的控制方法有:①已知点检核比较法。即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点,然后用GPS RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核,发现问题即采取措施改正。②重测比较法。每次初始化成功后,先重测1~2个已测过的RTK点或高精度控制点,确认无误后才进行RTK测量。③电台变频实时检测法。在测区内建立2个以上基准站,每个基准站采用不同的频率发送改正数据,流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果,比较这些结果就可判断其质量高低。
参考文献：
［1］覃昌佩．RTK－GPS在高速公路工程放样的应用［J］．广西测绘，2010．
［2］浦晓东,杨国东.RTK-GPS技术及其在道路测量中的应用［J］．测绘与空间地理信息2004.
[3]谭远模1梁鹏2.论GPS-RTK技术在工程测量中的应用及分析，《广东科技》2012.
关键词：GPS RTK技术;道路工程;测量
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
一、GPS RTK技术的特点
GPS RTK的技术特点：
（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）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Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。
（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）操作简便。GPS RTK测量的自动化程度很高。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。
二、GPS在道路工程中的应用
1控制测量
在道路的设计路线上做控制测量时,如果选择合适的数据链方案,RTK技术就可在长边静态测量中效果明显,当边长超过20 km时,流动站观测15-30 mim后,就会发现解开始趋向稳定,如果连续10 min内3维坐标分量的最大变动不会超过5μmD,且最后5 min内的互差小于2μmD时,用户可以根据具体的实际需要,决定是否要继续测量,可知RTK在技术上可以杜绝成果返工的情况,可以提高成果的完工效率。
2线路勘测
作为测量工作者来说,测量工作始终要遵循先控制后加密的测图原则,工作量相当大,而RTK作业,可在地形地物上以2~5 s一点的速度直接获取3维坐标,再由数字化成图软件系统将坐标、高程与有关的点属性编码综合处理,这样就形成了数字化地形图而直接用于线路的选取与设计,但有时候会碰到少量的地物点被遮挡后应该怎样处理的问题,现在RTK-GPS控制器系统软件中的COGO(坐标几何)功能就能很好地解决这样的问题,再进一步我们还可以利用坐标几何的功能,用线-线交点,线-距正交等方法间接算出所求点的坐标。
3中线测量与施工放样
利用RTK GPS功能,我们可以实现:
(1)在不同方向的2条路线上各测2点,求解其交点的坐标并立即放样到实地上。
(2)由实测或者设计的2点所定义的直线及圆心坐标与半径,立即算出ZY点(直圆点)坐标并放样到实地。
(3)由某路线实测的2交点坐标,立即算出路线设计里程。
(4)由已知圆的2个端点及圆心或半径,将其N等分并放样到实地。
(5)由起点里程与方位角所定义的直线,按里程立即算出百米桩的坐标并放样到实地。
(6)由实地3点确定一个圆的半径与圆心坐标,并立即放样到实地。
利用道路测设专用程序,使设计-测设-施工一体化,首先由道路设计软件计算出道路工程项目中关键的几何坐标,并定义它们的平面和高程基准值,把信息存放在专用信息卡上,在野外,根据设计基准给出的测站与偏差值完成有关的桩位测设与标定,在整个作业过程中,利用软件进行点位坐标的计算,并引导放样工作的全过程。
三、GPS RTK的误差特性及控制方法
1 GPS RTK定位误差的分类
(1)与仪器和干扰有关的误差:包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。
(2)与距离有关的误差:包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。
对固定基地站而言,与仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱,与距离有关的误差将随移动站至基地站的距离的增加而加大,所以RTK的有效作业半径是非常有限的(一般为几公里)。
2与仪器及干扰有关的误差
(1)天线相位中心变化。天线的机械中心和电子相位中心一般不重合,而且电子相位中心是变化的,它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化,可使点位坐标的误差一般达到3~5 cm。因此,若要提高RTK定位精度,必须进行天线检验校正,检验方法分为实验室内的绝对检验法和野外检验法。
(2)多路径误差。多路径误差是RTK定位测量中最严重的误差。多路径误差取决于天线周围的环境。多径误差一般为几厘米,高反射环境下可超过10cm。多径误差可通过下列措施予以削弱:①选择地形开阔、不具备大面积反射面的点位;②采用扼流圈天线;③采用具有削弱多径误差的各种技术的天线;④基地站附近辅设吸收电波的材料。
(3)信号干扰。信号干扰可能有多种原因,如无线电发射源、雷达装置、高压线等,干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。为了削弱电磁波幅射副作用,必须在选点时远离这些干扰源,离无线电发射台超过200 m,离高压线超过50 m。在基地站削弱无线电噪声最有效的方法是连续监测所有可见卫星的周跳和信噪比。
(4)气象因素。快速运动中的气象峰面,可能导致观测坐标的变化达到1~2 dm。因此,在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。
3与距离有关的误差
与距离有关的误差大部分可通过多基准站技术来消除。但是,其残余部分也随着至基地站距離的增加而加大。
(1)轨道误差。目前,轨道误差只有几米,其残余的相对误差影响约为1 PPM,就短基线(<10 KM)而言,对结果的影响可忽略不计,对20~30 km的基线则可达到几厘米。
(2)电离层误差。电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差,其延迟强度与电离层的电子密度密切相关,电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化。利用下列方法使电离层误差得到有效的消除和削弱:利用双频接收机将L1和L2的观测值进行线性组合来消除电离层的影响;利用2个以上观测站同步观测量求差(短基线);利用电离层模型加以改正。
（3)对流层误差。对流层误差同点间距离和点间高差密切相关,一般可达3 PPM。为了保证RTK厘米级精度,要对与测站有关的误差一起模拟。
4 GPS RTK的精度和稳定性问题
GPS RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪，容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况的影响。因此,必须进行质量控制。主要的控制方法有:①已知点检核比较法。即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点,然后用GPS RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核,发现问题即采取措施改正。②重测比较法。每次初始化成功后,先重测1~2个已测过的RTK点或高精度控制点,确认无误后才进行RTK测量。③电台变频实时检测法。在测区内建立2个以上基准站,每个基准站采用不同的频率发送改正数据,流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果,比较这些结果就可判断其质量高低。
参考文献：
［1］覃昌佩．RTK－GPS在高速公路工程放样的应用［J］．广西测绘，2010．
［2］浦晓东,杨国东.RTK-GPS技术及其在道路测量中的应用［J］．测绘与空间地理信息2004.
[3]谭远模1梁鹏2.论GPS-RTK技术在工程测量中的应用及分析，《广东科技》2012.