曾范航

摘要:GPS系統(tǒng)在大地測量、工程測量、航空攝影測量等多學(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)在公路測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:RTK技術(shù) 公路測量 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、實時性導(dǎo)航定位和定時功能,能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。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接地機的誕生,給當(dāng)今公路測設(shè)事業(yè)注入了新的活力。

一、RTK技術(shù)及其優(yōu)點

(1)RTK實時動態(tài)定位系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動站組成,建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)測量的保證,其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準(zhǔn)點,安置一臺接收機作為參考站,對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測,流動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時,通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù),隨機計算機根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標(biāo)和測量精度。這樣用戶就可以實時監(jiān)測待測點的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況,根據(jù)待測點的精度指標(biāo),確定觀測時間,從而減少冗余觀測,提高工作效率。

(2)RTK技術(shù)的優(yōu)點:(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)?在中線放樣的同時完成中樁抄平工作;(3)應(yīng)用范圍廣—可以涵蓋公路測量(包括平、縱、橫),施工放樣,監(jiān)理,竣工測量,養(yǎng)護測量,GIS前端數(shù)據(jù)采集諸多方面;(4)實時動態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗的厘米級精度的測量成果(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。(6)作業(yè)效率高,每個放樣點只需要停留1～2s,流動站小組作業(yè),每小組(3～4人)可完成中線測量5～10km。若用其進行地形測量,每小組每天可以完成0.8～1.5km2的地形圖測繪,其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的。

二、RTK技術(shù)的應(yīng)用情況

RTK技術(shù)定位有動態(tài)定位和快速靜態(tài)定位兩種測量模式,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、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)動態(tài)定位測量前需要在一控制點上靜止觀測數(shù)分鐘(有的儀器只需2～10s)進行初始化工作,之后流動站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動進行觀測,并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù),實時確定采樣點的空間位置。目前,其定位精度可以達到厘米級。動態(tài)定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應(yīng)用前景,可以完成地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面地面線測量等工作。測量2～4S,精度就可以達到1～3cm,且整個測量過程不需通視,有著常規(guī)測量儀器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點。

(2)快速靜態(tài)定位模式要求GPS接收機在每一流動站上,靜止的進行觀測。在觀測過程中,同時接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù),實時解算整周未知數(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)計要求,便可以結(jié)束實時觀測。一般應(yīng)用在控制測量中,如控制網(wǎng)加密;若采用常規(guī)測量方法(如全站儀測量),受客觀因素影響較大,在自然條件比較惡劣的地區(qū)實施比較困難,而采用RTK快速靜態(tài)測量,可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5-10min(隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,定位時間還會縮短),不及靜態(tài)測量所需時間的五分之一,在公路測量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測量等控制點加密工作。

三、RTK技術(shù)測量中的作用

(一)道路的橫、縱斷放樣和土石方量計算

(1)縱斷放樣時,先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中(如:各變坡點樁號、直線正負(fù)坡度值、豎曲線半徑),生成一個施工測設(shè)放樣點文件,并儲存起來,隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè)。

(2)橫斷放樣時,先確定出橫斷面形式(填、挖、半填半挖),然后把橫斷面設(shè)計數(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)計高),生成一個施工測設(shè)放樣點文件,儲存起來,并隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè)。同時軟件可以幫助你自動與地面線銜接進行“戴帽”工作,并利用“斷面法”進行土方量計算。通過繪圖軟件,可繪出沿線的縱斷面和各點的橫斷面圖來。因為所用數(shù)據(jù)都是測繪地形圖時采集而來的,不需要到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測量,大大減少了外業(yè)工作。而且必要時,可用動態(tài)GPS到現(xiàn)場檢測復(fù)合,這與傳統(tǒng)方法相比,既經(jīng)濟又實用,前景又廣闊。

(二)道路中線放樣。設(shè)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(biāo)定出來。采用實時GPS測量,只需將中樁點坐標(biāo)輸入到GPS電子手簿中,系統(tǒng)軟件就會自動定出放樣點的點位。由于每個點測量都是獨立完成的,不會產(chǎn)生累計誤差,各點放樣精度趨于一致。道路路線主要是由直線、緩和曲線、圓曲線構(gòu)成。放樣時,只要先輸入 各主控點樁號,然后輸入起終點的方位角,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電子手簿來完成。這種方法簡單實用,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。高等級公路選線多是在大比例尺(1:1000或1:2000)帶狀地形圖上進行。用傳統(tǒng)方法測圖,先要建立控制點,然后進行碎部測量,繪制成大比例尺地形圖。這種方法工作量大,速度慢,花費時間長。用實時GPS動態(tài)測量可以完全克服這個缺點,只需在沿線每個碎部點上停留一兩分鐘,即可獲得每點的坐標(biāo)、高程。結(jié)合輸入的點特征編碼及屬性信息,構(gòu)成帶狀所有碎部點的數(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,因此大大降低了測圖難度,既省時又省力,非常實用。

四、公路測量中RTK技術(shù)應(yīng)用前景

實時動態(tài)RTK技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用,對等級公路的勘測手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了重大改變,極大地提高了勘測精度和勘測效率,對公路勘測、施工和后期養(yǎng)護、管理方面有著廣闊的應(yīng)用前景,為我國國民經(jīng)濟發(fā)展帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

(河北中色測繪中心)

參考文獻:

[1]劉業(yè)光、王磊,廣州市建設(shè)工程測繪自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J],地理空間信息,2006.3