曾范航

摘要:GPS系統(tǒng)在大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量等多學(xué)科都具有廣泛的應(yīng)用,文章分析介紹了GPS系統(tǒng)中RTK技術(shù)在公路測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:RTK技術(shù) 公路測(cè)量 應(yīng)用 GPS系統(tǒng)

GPS在全球定位系統(tǒng)中開發(fā)最早,應(yīng)用更為成熟。其具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能,能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。隨著GPS事業(yè)的快速發(fā)展,產(chǎn)品的更新?lián)Q代,新一代具備RTK系統(tǒng)功能雙頻GPS接地機(jī)的誕生,給當(dāng)今公路測(cè)設(shè)事業(yè)注入了新的活力。

一、RTK技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)

(1)RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成,建立無(wú)線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證,其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn),安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站,對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè),流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí),通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù),隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況,根據(jù)待測(cè)點(diǎn)的精度指標(biāo),確定觀測(cè)時(shí)間,從而減少冗余觀測(cè),提高工作效率。

(2)RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):(1)?徹底擺脫了由于粗差造成的返工,提高了GPS作業(yè)效率;(2)?在中線放樣的同時(shí)完成中樁抄平工作;(3)應(yīng)用范圍廣—可以涵蓋公路測(cè)量(包括平、縱、橫),施工放樣,監(jiān)理,竣工測(cè)量,養(yǎng)護(hù)測(cè)量,GIS前端數(shù)據(jù)采集諸多方面;(4)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級(jí)精度的測(cè)量成果(包括高程);(5)如輔助相應(yīng)的軟件,RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè),充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢(shì)。(6)作業(yè)效率高,每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1～2s,流動(dòng)站小組作業(yè),每小組(3～4人)可完成中線測(cè)量5～10km。若用其進(jìn)行地形測(cè)量,每小組每天可以完成0.8～1.5km2的地形圖測(cè)繪,其精度和效率是常規(guī)測(cè)量所無(wú)法比擬的。

二、RTK技術(shù)的應(yīng)用情況

RTK技術(shù)定位有動(dòng)態(tài)定位和快速靜態(tài)定位兩種測(cè)量模式,兩種定位模式相結(jié)合,在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理和GIS(地理信息系統(tǒng))前端數(shù)據(jù)采集。

(1)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量前需要在一控制點(diǎn)上靜止觀測(cè)數(shù)分鐘(有的儀器只需2～10s)進(jìn)行初始化工作,之后流動(dòng)站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè),并連同基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前,其定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)。動(dòng)態(tài)定位模式在公路勘測(cè)階段有著廣闊的應(yīng)用前景,可以完成地形圖測(cè)繪、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面地面線測(cè)量等工作。測(cè)量2～4S,精度就可以達(dá)到1～3cm,且整個(gè)測(cè)量過(guò)程不需通視,有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

(2)快速靜態(tài)定位模式要求GPS接收機(jī)在每一流動(dòng)站上,靜止的進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)過(guò)程中,同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo),如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定,且其精度已滿足設(shè)計(jì)要求,便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般應(yīng)用在控制測(cè)量中,如控制網(wǎng)加密;若采用常規(guī)測(cè)量方法(如全站儀測(cè)量),受客觀因素影響較大,在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難,而采用RTK快速靜態(tài)測(cè)量,可起到事半功倍的效果。單點(diǎn)定位只需要5-10min(隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,定位時(shí)間還會(huì)縮短),不及靜態(tài)測(cè)量所需時(shí)間的五分之一,在公路測(cè)量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測(cè)量等控制點(diǎn)加密工作。

三、RTK技術(shù)測(cè)量中的作用

(一)道路的橫、縱斷放樣和土石方量計(jì)算

(1)縱斷放樣時(shí),先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中(如:各變坡點(diǎn)樁號(hào)、直線正負(fù)坡度值、豎曲線半徑),生成一個(gè)施工測(cè)設(shè)放樣點(diǎn)文件,并儲(chǔ)存起來(lái),隨時(shí)可以到現(xiàn)場(chǎng)放樣測(cè)設(shè)。

(2)橫斷放樣時(shí),先確定出橫斷面形式(填、挖、半填半挖),然后把橫斷面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中(如邊坡坡度、路肩寬度、路幅寬度、超高、加寬、設(shè)計(jì)高),生成一個(gè)施工測(cè)設(shè)放樣點(diǎn)文件,儲(chǔ)存起來(lái),并隨時(shí)可以到現(xiàn)場(chǎng)放樣測(cè)設(shè)。同時(shí)軟件可以幫助你自動(dòng)與地面線銜接進(jìn)行“戴帽”工作,并利用“斷面法”進(jìn)行土方量計(jì)算。通過(guò)繪圖軟件,可繪出沿線的縱斷面和各點(diǎn)的橫斷面圖來(lái)。因?yàn)樗脭?shù)據(jù)都是測(cè)繪地形圖時(shí)采集而來(lái)的,不需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量,大大減少了外業(yè)工作。而且必要時(shí),可用動(dòng)態(tài)GPS到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)復(fù)合,這與傳統(tǒng)方法相比,既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用,前景又廣闊。

(二)道路中線放樣。設(shè)計(jì)人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后,需將公路中線在地面上標(biāo)定出來(lái)。采用實(shí)時(shí)GPS測(cè)量,只需將中樁點(diǎn)坐標(biāo)輸入到GPS電子手簿中,系統(tǒng)軟件就會(huì)自動(dòng)定出放樣點(diǎn)的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)測(cè)量都是獨(dú)立完成的,不會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差,各點(diǎn)放樣精度趨于一致。道路路線主要是由直線、緩和曲線、圓曲線構(gòu)成。放樣時(shí),只要先輸入 各主控點(diǎn)樁號(hào),然后輸入起終點(diǎn)的方位角,直線段距離,緩和曲線距離,圓曲線半徑,這樣就可以很輕松放樣了,而且一切工作均由GPS電子手簿來(lái)完成。這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用,比起傳統(tǒng)的弦線撥角法要快速得多。(三)繪制大比例尺地形圖。高等級(jí)公路選線多是在大比例尺(1:1000或1:2000)帶狀地形圖上進(jìn)行。用傳統(tǒng)方法測(cè)圖,先要建立控制點(diǎn),然后進(jìn)行碎部測(cè)量,繪制成大比例尺地形圖。這種方法工作量大,速度慢,花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。用實(shí)時(shí)GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量可以完全克服這個(gè)缺點(diǎn),只需在沿線每個(gè)碎部點(diǎn)上停留一兩分鐘,即可獲得每點(diǎn)的坐標(biāo)、高程。結(jié)合輸入的點(diǎn)特征編碼及屬性信息,構(gòu)成帶狀所有碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù),在室內(nèi)即可用繪圖軟件成圖。由于只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息,而且采集速度快,因此大大降低了測(cè)圖難度,既省時(shí)又省力,非常實(shí)用。

四、公路測(cè)量中RTK技術(shù)應(yīng)用前景

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)在公路勘測(cè)中的應(yīng)用,對(duì)等級(jí)公路的勘測(cè)手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了重大改變,極大地提高了勘測(cè)精度和勘測(cè)效率,對(duì)公路勘測(cè)、施工和后期養(yǎng)護(hù)、管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景,為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

(河北中色測(cè)繪中心)

參考文獻(xiàn):

[1]劉業(yè)光、王磊,廣州市建設(shè)工程測(cè)繪自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J],地理空間信息,2006.3