GPSRTK在公路测量中的应用

-测绘与地理信息技术专业毕业论文GPS-RTK在公路测量中的应用*指导教师及职称 许辉熙副教授 敬小东 (讲师)论文提交日期 教学第六周 论文辩论日期 教学第八周二零一四年四月. z.-. z.-. z.-GPS-RTK技术在公路测量中应用摘 要本文描述GPS-RTK术的组成、功能及前景。同时介绍了GPS技术与RTK技术的开展由来。针对RTK技术在公路上的应用说明了该技术的优点及在测量中因一些外力因素而影响结果的重要事项。同时也介绍了RTK技术在公路上的应用情况和涉及到得原理方法。关键词：GPS系统RTK技术公路测量应用Application of GPS-RTK technologyin Highway SurveyAbstractThis article describes the position of the GPS - RTK technique, function and prospect. Also tells the story of GPS technology and the development of RTK technology. For the application of RTK technology in highway shows the advantages of the technique and by some e*ternal force factors effect on the measurement results of important matters. At the same time this paper e*pounds the application of RTK technology in highway and involves the principle of the method.Keywords: GPS system RTK Technology Application ofHighway Survey. z.-引言GPS在近几年来开展比较迅速，它在各种控制测量、地理测图、工程选线及工程放样中应用广泛，与常规仪器相比明显提高了作业效率和作业精度。传统公路勘测辛苦而且繁杂，存在勘测周期长，工作效率低等诸多问题。而RTK技术的成熟及普及，减轻了工程勘测的工作量，提高了公路勘测效率和勘测精度。为公路勘测技术腾飞奠定了坚实的技术。1 GPS技术与RTK技术的开展由来1.1GPS概述GPS是全球定位系统global positioning system的英文缩写，是随着现代科学技术的迅速开展而建立起来的新一代精细卫星导航定位系统。GPS卫星定位测量时利用GPS系统解决测量问题的一项空间技术。其中GPS全球定位系统由三大局部组成；(1) 地面控制局部，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的 工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；(2)空间局部，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；(3) 用户装置局部， 主要由GPS接收机和卫星天线组成。图1-1 GPS组成图1.2 RTK技术RTK技术又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测值的差分方法，是以空间坐标wgs-84为实时观测的数据源，利用实时数据处理技术和数据传输技术，在RTK的作业模式下通过数据链在系统组成差分观测值，实时处理流动站观测值及由基准站发射电台传送给流动站的指定坐标系统下的高精度定位结果的一个测绘系统。RTK系统的组成：基准站、流动站、观测手簿等三局部组成.目前，全球现有美国GPS全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯全球定位系统、欧洲伽利略全球定位系统、我国北斗星全球定位系统。这四大全球定位系统中要数GPS开发最早，应用更为成熟。其具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精细的三维坐标、速度和时间。根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要应用于地壳变形观测、国家测量、大坝的变形观测等高精度测量；快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量；而RTK 系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备来组成，整套设备具有轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点，完全可以满足数据采集和工程放样的要求。图1-2 GPS-RTK测量图2RTK测量技术说明2.1传统测量与RTK测量技术的比较2.1.1各种控制测量 传统的测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度如何，采用常规的GPS静态测量、快速静态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK来进展控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停顿观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。假设把RTK用于公路控制测量则不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟就可完成。2.1.2地形测图 过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在开展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进展测图，甚至于开展到最近的外业电子平板测图等等，都要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到外业去返测。现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上几秒钟，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图。 2.1.3放样 放样是测量一个应用分支，它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来，过去采用常规的放样方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要2-3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样，如果采用RTK技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人操作。2.2 RTK 技术的优点2.2.1工作效率高在一般的地形地势下, 高质量的RTK 设站一次即可测量完4km 半径的测区, 大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数, 移动站一人操作即可, 劳动强度底, 作业速度快, 提高了工作效率。2.2.2定位精度高。 只要满足RTK 的根本工作条件, 在一定的作业半径围( 一般为4km) , RTK 的平面精度和高程精度都能到达cm级。2.2.3全天候作业。RTK 测量不要求基准站、移动站间光学通视, 只要求满足电磁波通视, 因此和传统测量相比,RTK 测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制小, 在传统测量看来难于开展作业的地区, 只要能满足RTK 的根本工作条件, 它也能进展快速高精度定位, 使测量工作变得更容易更轻松。2.2.4 RTK 测量自动化、集成化程度高, 数据处理能力强。RTK 可进展多种测量、外业工作。移动站利用软件控制系统, 无需人工干预便可自动实现多种测绘功能, 减少了辅助测量工作和人为误差, 保证了作业精度。2.3影响RTK 成果精度的因素一般来说, 影响RTK 成果精度的因素主要是GPS 观测其有误差源, 除此之外, 还有受基线解算精度、基准站点位精度、坐标系转换精度的影响, 但是在RTK 作业中, 基线解算精度可以到达10cm+1mD; 基准站点位精度平均在3cm 之; 坐标系转换精度, 对于10km 基线亦在3cm以, 动态作业由于测距偏心, 天线高误差等, 一般也在3cm 以, 至于正常高拟合与插精度取决于连测点数目与分布、拟合模型等, 一般在5cm10cm是能够做到的。3RTK技术的应用情况 实时动态(RTK)定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样等前端数据采集。 3.1快速静态定位模式 要求GPS接收机在每一流动站上，静止的进展观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以完毕实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密；假设采用常规测量方法(如全站仪测量)，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK技术可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min，随着技术的不断开展，定位时间还会缩短，不及静态测量所需时间的五分之一，在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。 3.2动态定位 测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需210s)进展初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进展观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以到达厘米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量24s，精度就可以到达13cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器不可比较的优点。3.3 GPS-RTK技术应用实例在使用GPS放线中，首先应确立整个作业空间的坐标基准点，例如在一次放样中，我们确立了作业空间的基准点，K1 3441199.711，499239.420；K2 3440755.082，499313.743。然后以此为以后作业的坐标基点，再得到基点后，我们继而开场GPS测量，在作业区域，以基点开场，做点校正，在校正后参数值在允许误差，则开场测量，继而得到整个作业区域图图1-1 图3-1 作业区道路图在作业区域中，开场采集出需要放线的目标点的坐标表3-1 作业区放样坐标表点号北坐标东坐标13441272.4892499178.022023441272.4892499183.022033441272.4892499193.022043441272.4892499198.022053441272.4892499203.022063441272.4892499208.022073441272.4892499213.022083441272.4892499218.022093441272.4892499223.0220103441272.4892499178.0220在GPS手簿中，输入已得到的放样坐标，则前往目标区域，以每一个坐标点位目标，当靠近目标点的时候，手簿则会提示已无限靠近目标点，当确定在目标地上的时候，则做标示，同时手簿也做测量，当把所有坐标放样后，手簿中则出现放样的大概图形可以大致比较是否与图纸一样，之前数据放样图如下图3-2 作业区放样设计图3.4 GPS-RTK施工总结运用RTK进展道路放样，有以下优点：(1)在满足测量要求的情况下极大的提高了工作效率，传统的运用全站仪放线，每天最多1km，而运用RTK每天可放线2km多；(2)针对曲线道路放线及道路变更放线更加便捷；(3)全天候处于工作状态，促进工程进度；(4)节省人力本钱，传统上要求至少4名测量人员而运用RTK测量只需要2名人员就可以。网络RTK在道路放线方面的应用，应注意以下方面问题：(1)坐标转换参数及校正参数要正确，这直接影响测量精度；(2)测量时，注意观察RTK状态，不符合测量条件的状态下其结果误差比较大。4 RTK技术在公路测量中的应用前景随着我国国民经济的快速增长根底设施建立大力开展，中、高等级公路建立迎来前所未有的开展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求，随着公路设计行业软件技术和硬件设备的开展，公路设计已实现CAD化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄、输入等中间环节，是公路勘测设计外业一体化的要求，也是影响高等级公路设计技术开展的关键所在。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造，在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。当前，用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制原理，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据；在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网，这仅仅是GPS在公路测量中应用的初级阶段，其实，公路测量的技术潜力蕴于RTK技术的应用之中，RTK技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景。5 结语 RTK 技术是GPS 定位技术的一个新的里程牌,它不仅具有GPS 技术的所有优点,而且可以实时获得观测结果及精度,大大提高了作业效率并开拓了GPS 新的应用领域。由于载波相位测量,差分处理技术、整周未知数、快速求解技术以及移动数据通信技术的融合,使RTK 在精度、速度、实时性上到达了完满的结合,并使得RTK定位技术大大扩展了它的应用围。实时动态RTK技术在公路勘测中的应用，对等级公路的勘测手段和作业方法产生了重大改变，极提高了勘测精度和勘测效率，对公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景，为我国国民经济开展带来了可观的经济效益。参考文献1 徐绍铨，华海，志强，王泽民.GPS测量原理及应用.3版. ：汉大学，2008.72 顾孝烈，鲍峰，程效军.测量学.3版.：同济大学，2006.83 何保喜.全站仪测量技术.2版.：黄河水利，2010.74 徐宇飞.数字测图技术.：黄河水利，2005.85 周建.工程测量.：黄河水利，2006.46 绍堂.控制测量.：黄河水利，2007.87 天文.GPS原理及应用M.：科学，2003. z.