摘要: 介紹了GPS 系統, 重點闡述了RTK 技術的原理、組成、特點等, 并總結了GPSRTK 技術在道路工程測量中的應用。
關鍵詞: GPS; RTK; 道路工程測量 

1 GPS 系統 GPS 是全球定位系統(Navigation SatelliteTiming and Ranging/Global Positioning System,NAVSTAR/GPS)的英文縮寫[2], 它的含義是利用衛星的測時和測距進行導航, 以構成全球定位系統。現在國際上公認, 將這一全球定位系統簡稱為GPS。GPS 是目前世界上最先進、最完善的衛星導航系統與定位系統, 經近10 年我國測繪等部門的使用表明, GPS 以全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點, 贏得廣大測繪工作者的信賴, 并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航和管制、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘察、地球動力學等多種學科, 從而給測繪領域帶來一場深刻的技術革命[3]。 2 RTK 技術 2.1 RTK 技術簡介。RTK 技術是以載波相位測量與數據傳輸技術相結合的以載波相位測量為依據的實時差分GPS 測量技術。是一種將GPS 與數傳技術相結合, 實時解算進行數據處理, 在1~2 秒的時間里得到高精度位置信息的技術, 它是GPS 測量技術發展的一個新突破, 在道路工程中有廣闊的應用前景。

      2.2 RTK 技術的基本原理。建立無線數據通訊是實時動態測量的保證, RTK 技術的原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點, 安置一臺接收機作為參考站對衛星進行連續觀測,流動站上的接收機在接收衛星信號的同時, 通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數據, 隨機計算機根據相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度。這樣用戶就可以實時監測待測點的數據觀測質量和基線解算結果的收斂情況, 根據待測點的精度指標, 確定觀測時間, 從而減少冗余觀測, 提高工作效率[4]。

      2.3 RTK 系統的組成。RTK 系統主要由基準站接收機、數據鏈及移動接收機三部分組成。它是利用2 臺以上GPS 接收機同時接收衛星信號, 其中一臺安置在已知坐標點上作為基準站,另一臺用來測定未知點的坐標( 移動站) 。基準站根據該點的準確坐標求出其他衛星的距離改正數并將這一改正數發給移動站, 移動站根據這一改正數來改正其定位結果, 從而大大提高定位精度。它能夠實時地提供測站點指定坐標系中的三維定位結果, 并達到厘米級精度。RTK 技術根據差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準站的載波相位修正值發送給移動站, 改正移動站的接收載波相位, 再求解坐標; 差分法是將基準站采集到的載波相位發送給移動站, 進行求差解算坐標。

      2.4 RTK 技術的特點。RTK 技術具有如下優點[6]: a.工作效率高。在一般的地形地勢下, 高質量的RTK 設站一次即可測量完4km 半徑的測區, 大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的設站次數, 移動站一人操作即可, 勞動強度底, 作業速度快, 提高了工作效率。b.定位精度高。只要滿足RTK 的基本工作條件, 在一定的作業半徑范圍內( 一般為4km) , RTK 的平面精度和高程精度都能達到cm級。c.全天候作業。RTK 測量不要求基準站、移動站間光學通視, 只要求滿足“電磁波”通視, 因此和傳統測量相比,RTK 測量受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制小, 在傳統測量看來難于開展作業的地區, 只要能滿足RTK 的基本工作條件, 它也能進行快速高精度定位, 使測量工作變得更容易更輕松。d.RTK 測量自動化、集成化程度高, 數據處理能力強。RTK 可進行多種測量內、外業工作。移動站利用軟件控制系統, 無需人工干預便可自動實現多種測繪功能, 減少了輔助測量工作和人為誤差, 保證了作業精度。 3 RTK 在道路工程測量中的應用 

     3.1 繪制大比例地形圖。高等級公路選線多是在大比例尺( 通常是1: 2000 或1: 1000) 帶狀地形圖上進行, 用傳統方法測圖, 先要建立控制網, 然后進行碎部測量, 繪制成大比例尺地形圖,其工作量大速度慢, 花費時間長。用實時GPS 動態測量, 構成碎部點的數據。在室內即可由繪圖軟件成圖, 由于只需要采集碎部點的坐標和輸入其屬性信息, 而且采集速度快, 大大降低了測圖的難度, 既省時又省力。 

     3.2 控制測量。用GPS 建立控制網, 最精密的方法當屬靜態測量。對大型建筑物, 如特大橋、隧道、互通式立交等進行控制, 宜用靜態測量。而一般公路工程的控制測量, 則可采用RTK 動態測量。這種方法在測量過程中能實時獲得定位精度。當達到要求的點位精度, 即可停止觀測, 大大提高了作業效率。由于點與點之間不要求通視,使得測量更簡便易行。

      3.3 線路勘測。在公路選線過程中, 我們往往要按照勘測設計規范, 本著盡量減少占用農田、少拆遷房屋并盡量利用舊路路基這樣一個原則, 為了準確設計好道路中線路使其符合設計要求, 我們可以利用GPS RTK 技術, 用車載GPSRTK 接收機做流動站, 沿原路中線按一定間隔采集數據, 選擇另一已知點為參考站, 遇到重要地物, 準確定位, 最后將數據傳入計算機, 利用AutoCAD 軟件可以方便在計算機上選線。設計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定出來, 并得到中樁點坐標及坐標文件。采用實時GPS 測量, 只需將中樁點坐標或坐標文件輸入到GPS 電子手簿中, 系統軟件就會自動定出放樣點的點位由于每個點的測量都是獨立完成的, 所以不會產生累計誤差, 各點放樣精度趨于一致。 

     3.4 道路的中線測設。設計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后, 需將公路在地面標定出來。采用動態GPS 測量, 只需將中線主點的坐標輸入GPS 接收機中, 系統就會定出放樣的點位。由于每個點位的測量都是獨立完成的, 不會產生累積誤差, 各點放樣精度趨于一致。

      3.5 公路縱、橫斷面放樣。公路中線確定后,利用中線樁點坐標, 通過繪圖軟件, 即可給出路線縱斷面和各樁點的橫斷面。由于所用數據都是測繪地形圖時采集來的, 因此不需要再到現場進行縱、橫斷面測量。從而大大減少了外業工作。如果需要進行現場斷面測量時, 也可采用動態GPS測量。與傳統方法相比, 在精度、經濟、實用各方面都有明顯的優勢。

     3.6 施工測量。動態GPS 系統既有良好的硬件, 也有極其豐富的軟件可選擇。施工中對點、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷, 精度可達到厘米級。隨著動態GPS 測量技術的不斷發展、完善, 將更加充分的顯示出這一技術的高精度和高效益, 它會為公路工程建設的發展和進步發揮更大的作用。 4 影響RTK 成果精度的因素 一般來說, 影響RTK 成果精度的因素主要是GPS 觀測其有誤差源, 除此之外, 還有受基線解算精度、基準站點位精度、坐標系轉換精度的影響, 但是在RTK 作業中, 基線解算精度可以達到10cm+1μmD; 基準站點位精度平均在3cm 之內; 坐標系轉換精度, 對于10km 基線亦在3cm以內, 動態作業由于測距偏心, 天線高誤差等, 一般也在3cm 以內, 至于正常高擬合與內插精度取決于連測點數目與分布、擬合模型等, 一般在5cm～10cm內是能夠做到的。

5 結語 
     RTK 技術是GPS 定位技術的一個新的里程牌,它不僅具有GPS 技術的所有優點,而且可以實時獲得觀測結果及精度,大大提高了作業效率并開拓了GPS 新的應用領域。由于載波相位測量,差分處理技術、整周未知數、快速求解技術以及移動數據通信技術的融合,使RTK 在精度、速度、實時性上達到了完滿的結合,并使得RTK定位技術大大擴展了它的應用范圍。