浅谈智能科学技术--GPS-RTK技术在公路横断面测量中的应用
惠星国
摘 要：GPS测量与传统测量方法相比，有着定位精度高、速度快、操作简便、经济等优点。GPS-RTK三维测量技术是近年发展起来的测量方法，广泛用于各种测量中，克服了常规测量中的许多不足，如视线不畅、水准高程测量困难、工作强度大、工作效率低等，对常规测量中存在的问题提供了一套很好的解决方案。本文智能科学技术论文分析了GPS-RTK技术和原理，对RTK技术在公路横断面测量中的应用进行了探讨。
关键词：GPS-RTK技术 横断面测量 应用
随着国民经济的快速增长，我国的高等级公路建设迎来前所未有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求。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。尤其是RTK（实时动态定位）技术在公路工程测量中，有着非常广阔的前景。
一、GPS-RTK技术
（一）GPS 系统
GPS全球定位系统是利用卫星的测时和测距进行导航，以构成全球定位系统。目前世界上最先进、最完善的卫星导航系统与定位系统，经十年来我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于公路工程测量中。GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。如图1示：在需要的位置P点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了3颗（A、B、C）以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP、SBP、SCP，同样通过接收卫星信号可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得P点的维坐标XpYpZp，其数学式为：
SAP2=[(Xp- XA)2+(Xp- YA)2+(Zp+ ZA) 2]
SBP2=[(Xp- XB)2+(Yp- YB)2+(Zp+ ZB) 2]
SCP2=[(Xp- XC)2+(Xp- YC)2+(Zp+ ZC) 2]
式中（XA，YA，ZA），（XB，YB，ZB），（XC，YC，ZC）分别为卫星A，B，C在时刻ti的空间直角坐标。我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统，即与地球体相固联的坐标系统。在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果。
图1
（二）RTK技术
RTK技术是以载波相位观测量为根据的实时差分测量技术，是GPS测量技术发展中的一个新突破，在高级公路测量工程中具有广阔的应用前景。RTK技术的原理是，在精度较高的首级控制点上安置一台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续观测，并将其观测数据通过发射台实时地发送给流动观测站。在流动观测站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时通过接收电台接收基准站传送的数据，然后利用电子手簿根据相对定位的原理，实时地计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。实时动态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，在公路路线勘测设计中应用于地形图测绘、公路中线测量、纵横断面测量等，并可将数据导入计算计用路线CAD软件进行设计计算和绘图。
（三）RTK用于横断面测量的优势
1.实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果，彻底摆脱了由于粗差造成的返工，从而提高了GPS作业效率。
2.作业效率高，每个放样点只需要停留1～2s，流动站小组作业（1～3人）可完成中线测量 5～10km. 若用其进行地形测量，每小组每天完成（0.8～1. 5）km3 的地形测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的；
3.在中线放样的同时完成中桩抄平工作，如辅助相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。
二、RTK技术在公路横断面测量中应用中的问题
公路横断面测量就是测定与公路中线正交方向上地形的起伏情况，用于路基（包括排水、用地）、挡墙、防护工程设计和土石方工程量的计算等。横断面测量包括的内容：标定公路横断面的方向；测量公路横断面；整理成一定的数据格式，以便众多不同公路设计软件的应用。利用RTK进行横断面测量时应注意以下几个问题：
（一）准备工作
1.将基准站架设在一个开阔的地方，避免有障碍物遮挡卫星信号，这样可以使其总是能很快固定，保持基准站上方有稳定的星数量在工作。
2.要充分考虑周围是否有电磁干扰，基准站在和流动站之间进行差分定位解算的时候通常使用的是无线电信号，如果周围有强电磁场必定会导致数据信号传输的稳定性，所以高压线、水面、无线电发射塔、大功率电机周围都不适宜架设GPS基准站。
3.对GPS中的参数进行设置，其中包括参考托球、所采用的坐标系、中央子午线、投影模型以及已知点数据、无线电频率等等。
4.RTK测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需2～10s)进行初始化工作,之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测,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。
（二）横断面放样问题
先确定出横断面形式（填、挖、半填半挖），然后把横断面设计数据输入到电子手簿中（如边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高），生成一个施工测设放样点文件，储存起来，并随时可以到现场放样测设。因为所用数据都是测绘带状图时采集而来的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。必要时也可用动态GPS到现场检测复核，这与传统方法相比，既经济又实用，前景又广阔。
（三）采点问题
在横断面测量中，一般利用数字地面模型能够准确的反映地表高低起伏的情况，如果能够利用专门程序从满足一定要求的数字地面模型或数字地面模型的源数据中提取道路横断面线，那么横断面测量工作实际上也就变成精细数字地面模型源据点线集的采集和编辑工作。利用GPS-RTK全野外地面实际测量，采点平均间隔10m，最大不大于15m。采集用于构建精细数字地面模型的点集和线集时，可通过编码的方法对点集和线集分类，线集自动连线，“Today CAD经天道路测量软件”的编码方法符合高效性和简单性原则。
（四）RTK精度问题
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，基线解算精度可以达到10cm+1μmD；基准点位精度平均在3cm之内；坐标系转换精度，对于10km基线亦在3cm以内，动态作业由于测距偏心，天线高误差等，一般也在3cm以内，至于正常高拟合与内插精度取决于连测点数目与分布、拟合模型等，一般在5～10cm内是能够做到的。
（五）转换参数问题
在使用RTK进行测量，应该注意测区求转换参数时，选取的已知点不但要达到一定数量，均匀分布，包围整个测区，并且最好是在不同高程层面，这样对提高精度极为有利。另外我们还可以尝试使用双基准站法减小RTK结果的偶然性误差影响，这种方法还有利于消除基准站自身的误差对RTK动态测量点的系统影响，提高测量精度。
（六）其他问题
当然RTK用于公路横断面测量也存在许多不足：比如RTK相对于静态GPS测量，无足够的几何条件，有时会出现粗差点；在有信号遮挡的地方，如建筑区内或是大树下很难进行测量，通常这种情况下采用与常规仪器配合使用。如果在实际测量中，GPS—RTK能与全站仪两种测量技术相结合，就会比传统方法更具优越性。不仅测量速度快、自动化程度较高，而且可减少人为的干预，在很大程度上避免人为误差，使精度得到提高，完全满足公路施工的要求，进而大大提高工作效率 ，节省了工程费用，创造出更好的经济效益。
三、论文结束语
综上论文所述，随着科学技术的迅猛发展，知识更新的速度更加快捷，道路测量手段、设备也在不断地更新换代，GPS系统的产生和GPS技术的形成使测量达到了很高的精度，其精度可达cm级甚至mm级。这不但加快了工程勘察设计进度、解决了勘察工期短的问题，而且提高了经济效益和社会效益，使得工程建设能够如期、顺利、保质保量完成。
参考文献：
1. 付开隆：《GPS-RTK技术在公路测量中的应用》，《矿山测量》，2007年第7期。
2. 杨兆祥：《GPS-RTK技术在公路测量中的应用前景探讨》，《林业科技情报》，2010年第4期
3. 周红兵、杨彦飞、蔡墉：《GPS-RTK在公路测量中的应用及影响因素分析》，《山西建筑》，2008年第27期。
