淺析rtk在公路測(cè)量中的應(yīng)用

1、<p>　　淺析RTK在公路測(cè)量中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：本文闡述了GPS RTK系統(tǒng)的工作原理，介紹了GPS RTK測(cè)量在公路測(cè)量中的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：RTK；公路測(cè)量；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　1 GPS RTK系統(tǒng)的工作原理 &

2、lt;/p><p>　　RTK技術(shù)(real time kinematic)即載波相位差分技術(shù),是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的。RTK系統(tǒng)主要由一個(gè)參考站(即基準(zhǔn)站、若干個(gè)流動(dòng)站、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)3大部分組成?；鶞?zhǔn)站包括:GPS接收機(jī)、GPS天線、無(wú)線電通訊發(fā)射設(shè)備、電源、基準(zhǔn)站控制器等設(shè)備。流動(dòng)站的基本配置是:GPS天線、GPS接收機(jī)、無(wú)線電通訊接收設(shè)備、電源、流動(dòng)站控制器。用戶站上的GPS接收機(jī),在同步接

3、收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí),通過(guò)無(wú)線電設(shè)備,接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)及坐標(biāo)信息,然后根據(jù)相定位原理,實(shí)時(shí)提供用戶站的三維坐標(biāo),其精度能達(dá)到厘米級(jí)。 </p><p>　　1.1 GPS接收機(jī) </p><p>　　RTK測(cè)量系統(tǒng)中至少包含兩臺(tái)GPS接收機(jī), 其中一臺(tái)安置在基準(zhǔn)站上,另一臺(tái)或若干臺(tái)分別安置在不同的流動(dòng)站上。基準(zhǔn)站應(yīng)盡可能設(shè)在測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)較高,且觀測(cè)條件良好的已知點(diǎn)上。在作業(yè)中,基準(zhǔn)

4、站的接收機(jī)應(yīng)連續(xù)跟蹤全部可見(jiàn)GPS衛(wèi)星,并將觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)發(fā)送給流動(dòng)站。 </p><p>　　1.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) </p><p>　　基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的聯(lián)系是靠數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(數(shù)據(jù)鏈)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備是完成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備之一,由調(diào)制解調(diào)器和無(wú)線電臺(tái)組成。在基準(zhǔn)站上,利用調(diào)制解調(diào)器將有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和調(diào)制,然后由無(wú)線電發(fā)射臺(tái)發(fā)射出去。在流動(dòng)站上利用無(wú)線電接收

5、臺(tái)將其接收,并由解調(diào)器將數(shù)據(jù)解調(diào)還原,送入流動(dòng)站上的GPS接收機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 </p><p><b>　　1.3 軟件系統(tǒng) </b></p><p>　　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量軟件系統(tǒng)應(yīng)具備快速解算或動(dòng)態(tài)快速解算整周模糊度、實(shí)時(shí)解算流動(dòng)站的三維坐標(biāo)、求解坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)、進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、解算結(jié)果的質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)、作業(yè)模式(靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài)等)的選擇與轉(zhuǎn)換以及測(cè)量

6、結(jié)果的顯示與繪圖等基本功能。 </p><p>　　1.4 GPS RTK的數(shù)據(jù)處理 </p><p>　　RTK的數(shù)據(jù)處理是在實(shí)時(shí)狀態(tài)下在控制器內(nèi)進(jìn)行的,它根據(jù)最小二乘原理序貫遞推算法處理每一個(gè)歷元的觀測(cè)值,其關(guān)鍵之處在于實(shí)時(shí)地搜索并惟一地判定相位觀測(cè)值的初始整周未知數(shù)。常用搜索方法有消去法、模糊度函數(shù)法、整周未知數(shù)快速逼近(FARA)法。由于FARA方法采用到當(dāng)前時(shí)刻為止的所有歷元觀測(cè)

7、值,同時(shí)會(huì)自動(dòng)追加觀測(cè)值,驗(yàn)證解集的可靠性,因而不出現(xiàn)解發(fā)散問(wèn)題,是目前較為成熟的方法。 </p><p>　　2 GPS RTK測(cè)量在公路測(cè)量中的應(yīng)用 </p><p>　　2.1繪制大比例尺地形圖 </p><p>　　高等級(jí)公路選線多是在大比例尺(通常是1:2 000或1:1 000)帶狀地形圖上進(jìn)行。用傳統(tǒng)方法繪制成大比例尺地形圖,先要建立控制網(wǎng),然后進(jìn)行碎

8、部測(cè)量,其工作量大、速度慢、花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。用GPS RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量,在沿線每個(gè)碎部點(diǎn)上僅需停留幾分鐘,即可獲得每點(diǎn)坐標(biāo),結(jié)合輸入的點(diǎn)特征編碼及屬性信息,構(gòu)成碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù),在室內(nèi)即可由繪圖軟件成圖。采集速度快,大大降低了測(cè)圖的難度,省時(shí)又省力。 </p><p>　　2.2工程控制測(cè)量 </p><p>　　用GPS建立控制網(wǎng),最精密的方法應(yīng)屬靜態(tài)測(cè)量。對(duì)大型建筑物,如特大橋、隧道、互通式立交

9、等進(jìn)行控制,宜用靜態(tài)測(cè)量。而一般公路工程的控制測(cè)量,則可采用GPS RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量。這種方法在測(cè)量過(guò)程中能實(shí)時(shí)獲得定位的坐標(biāo)。當(dāng)達(dá)到要求的點(diǎn)位精度,即可停止觀測(cè),大大提高了作業(yè)效率。由于點(diǎn)與點(diǎn)之間不要求必須通視,使得測(cè)量更簡(jiǎn)便易行。在公路設(shè)計(jì)路線上作控制測(cè)量時(shí),選擇合適的數(shù)據(jù)鏈方案,RTK技術(shù)就可在長(zhǎng)邊動(dòng)態(tài)測(cè)量中大顯身手。當(dāng)邊長(zhǎng)超過(guò)20 km時(shí),流動(dòng)臺(tái)觀測(cè)15~30 min后,就會(huì)發(fā)現(xiàn)解開(kāi)始趨向穩(wěn)定,如果連續(xù)10 min內(nèi)3維坐標(biāo)分量的

10、最大變動(dòng)不超過(guò)±5×10-6D,且最后5 min內(nèi)的互差小于2×10-6D,用戶可根據(jù)精度決定是否繼續(xù)觀測(cè),從技術(shù)上杜絕成果返工的可能性。 </p><p>　　2.3公路中線測(cè)設(shè) </p><p>　　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標(biāo)定出來(lái)。采用GPS RTK測(cè)量,只需將中線樁點(diǎn)的坐標(biāo)輸入GPS手簿中,系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。由于每

11、個(gè)點(diǎn)測(cè)量都是獨(dú)立完成的,不會(huì)產(chǎn)生累積誤差,各點(diǎn)放樣精度趨于一致。 </p><p>　　2.4公路縱、橫斷面測(cè)量 </p><p>　　公路中線確定后,利用中線樁點(diǎn)坐標(biāo),通過(guò)繪圖軟件,即可繪出路線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面。由于所用數(shù)據(jù)都是測(cè)繪地形圖時(shí)采集來(lái)的,因此不需要再到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量,從而大大減少了外業(yè)工作。如果需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)斷面測(cè)量時(shí),也可采用實(shí)時(shí)GPS測(cè)量。與傳統(tǒng)方法相比,在精

12、度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用各方面都有明顯優(yōu)勢(shì)。 </p><p><b>　　2.5 施工測(cè)量 </b></p><p>　　GPS RTK系統(tǒng)既有良好的硬件,也有極為豐富的軟件可供選擇。利用道路測(cè)設(shè)專用程序,使設(shè)計(jì)—測(cè)設(shè)—施工一體化。首先由任何道路設(shè)計(jì)軟件計(jì)算出道路工程項(xiàng)目中關(guān)鍵的幾何點(diǎn)坐標(biāo),并定義它們的平面和高程基準(zhǔn)值。這些信息(包括設(shè)計(jì)模型)均可存于專用記憶卡上。在野外,根

13、據(jù)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)給出的測(cè)站與偏差值完成有關(guān)樁位的測(cè)設(shè)與標(biāo)定。在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中,軟件進(jìn)行點(diǎn)位坐標(biāo)的計(jì)算,并引導(dǎo)放樣作業(yè)的全過(guò)程。 </p><p>　　2.6機(jī)械化施工作業(yè)指揮系統(tǒng) </p><p>　　目前,隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步,GPS RTK接收機(jī)的性能正在不斷發(fā)展,集成化GPS RTK接收機(jī)已經(jīng)問(wèn)世,它能實(shí)時(shí)地提供每秒10次厘米級(jí)GPS定位成果輸出,而點(diǎn)位成果的時(shí)間延遲不超過(guò)0.03 s。當(dāng)

14、它充當(dāng)參考站時(shí),能夠?yàn)椴煌脩籼峁┒嗦范囗?xiàng)信息輸出服務(wù)。因而不同的設(shè)備流動(dòng)站用戶可各取所需。當(dāng)它用來(lái)充當(dāng)流動(dòng)站時(shí),利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng),無(wú)需人工干預(yù)自動(dòng)進(jìn)行整周未知數(shù)的動(dòng)態(tài)初始化解算,搜索時(shí)間小于1 min?？梢栽O(shè)想,在大型筑路施工機(jī)械上安裝這種定位系統(tǒng)后,僅需輸入道路的設(shè)計(jì)資料,GPS RTK會(huì)引導(dǎo)機(jī)械去相應(yīng)的部位進(jìn)行施工,這中間的一切輔助測(cè)量工作全部可省略。作業(yè)精度完全由GPS RTK控制,記錄并呈現(xiàn)在施工監(jiān)理面前。 </p

15、><p><b>　　2.7 變形監(jiān)測(cè) </b></p><p>　　變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)應(yīng)具有毫米級(jí)精度,比一般工程控制網(wǎng)精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。同濟(jì)大學(xué)在上海浦東和浦西區(qū)布設(shè)了一個(gè)GPS試驗(yàn)網(wǎng)。實(shí)踐表明,如果用較長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間,分幾個(gè)時(shí)段進(jìn)行觀測(cè),并采取強(qiáng)制對(duì)中、觀測(cè)時(shí)天線指北等措施,長(zhǎng)度不超過(guò)4 km的基線向量可達(dá)到±(2~3) mm的精度。隨著研究深入,GPS廣泛用于變形

16、監(jiān)測(cè)是完全有可能的。 </p><p><b>　　3 結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　3.1 RTK技術(shù)的成功應(yīng)用,使線路測(cè)量工作變得簡(jiǎn)單、輕松,拓展了GPS的應(yīng)用領(lǐng)域。 </p><p>　　3.2 GPS RTK在公路勘測(cè)設(shè)計(jì)與施工放樣中有著廣泛的應(yīng)用前景,是值得重視與開(kāi)發(fā)的技術(shù)。 </p><p>　　3.

17、3 集成化的GPS RTK在道路機(jī)械化施工過(guò)程中,可有效地提高施工速度與質(zhì)量,使全自動(dòng)化施工成為可能。 </p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)通訊是GPS RTK作業(yè)中的薄弱環(huán)節(jié),如何選擇調(diào)制解調(diào)器的配置方案是使用者首先應(yīng)考慮的問(wèn)題。 </p><p><b>　　4 結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　傳統(tǒng)的公路勘測(cè)工作辛苦,而且繁瑣,存在著勘

18、測(cè)周期長(zhǎng)、工作效率低等諸多問(wèn)題。最大限度地減輕公路勘測(cè)工作量、提高公路勘測(cè)效率和勘測(cè)精度,一直是公路勘測(cè)工作者孜孜以求的目標(biāo)。目前,GPS技術(shù)的發(fā)展和普及為公路勘測(cè)技術(shù)的騰飛奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。RTK技術(shù)是大地測(cè)量、空間技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、無(wú)線電通訊與計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合集成,在許多領(lǐng)域發(fā)揮著重大作用。在現(xiàn)代公路勘測(cè)中,定測(cè)階段和施工階段主要是利用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分定位技術(shù)來(lái)完成傳統(tǒng)測(cè)量方法中的圖根加密控制、像控點(diǎn)測(cè)定、帶狀圖測(cè)繪以及施工

19、放樣測(cè)量等工作,并在統(tǒng)一坐標(biāo)系下提供點(diǎn)位的三維數(shù)據(jù)信息。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn): </b></p><p>　　[1] 劉大杰等.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社, 2007. </p><p>　　[2] 王刊生,李林.GPS RTK技術(shù)在公路放樣線中的應(yīng)用.鐵道勘察.2010，（3）. &