道路勘测新技术的应用

1.GPS-RTK概述

RTK（Real-time kinematic）实时动态控制系统。 是一种新的常用的GPS测量方法，GPS以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法。 在RTK作业模式下，基准站通过无线电数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。 流动站不仅接收来自基准站的载波相位信息，还要接收来自于GPS卫星的载波相位信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基站和流动站基线向量解（Ax，Ay，Az）；基线向量加上基站坐标得到流动站每个WGS-84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X，Y和海拔高H，整个过程称作RTK定位过程。 RTK是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

一般情况下，RTK实时提供的流动站点在指定坐标系中的定位结果，其误差是不累积的。其平面定位精度可达到±（1cm＋1×10-6×D），其中D为流动站到基准站的距离，以km为单位。 根据相关研究成果，结合道路勘测的精度要求，利用RTK技术采集的数据，其误差精度是足够满足公路勘测规范中高速公路、一级公路标准要求的，能够直接用此进行公路勘测设计。

影响RTK测量的精度，除受基准站点位精度影响外还受模糊度解算误差、坐标系统转换误差、GPS天线对中误差、站点位置，流动站与基准站间的距离等因素的影响。 为了提高RTK在道路勘测的精度，在操作上可采取一些措施以提高测量的精度。 首先是站点的选择，选择地势较高、较开阔的地方设站，同时，由于放样线路距离较长，地势复杂，考虑到实际测量过程中的电台发射信号的强度和定位精度的要求，实际求解时可将测区分成5～10km的若干测段，注意测段之间控制点的测量和选取。 并随时对沿线的部分已知GPS控制点进行比测，同时使用GPS接收机对沿线的控制点进行了平面检核和高程检核，与原有控制资料对比检核。

2.GPS-RTK在道路勘测中的应用

道路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RTK技术应当是首选。 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。 利用RTK技术可以完成公路勘测中的带状地形图测绘、中桩敷设、中桩高程测量、横断面测量等测量工作。

（1）RTK进行道路勘测作业的步骤

RTK进行道路勘测作业的步骤为：基准站的设置、坐标系统转换和流动站的测量定位。

①基准站的设置

在道路设计的过程中，控制测量一般是提前完成。 在进行勘测设计时，应注意收集测区的控制测量资料，包括坐标系统、投影带、中央子午线等，尽可能找到线路所经过地区的控制点，并注意记录控制点的具体位置和到达线路的方式，在进行测量工作时，选择合适的已知控制点架设仪器，正确地配置参数。

②坐标系统转换

道路工程控制网采用的坐标系与GPS在WGS-84坐标系两者之间存在着坐标转换问题，而RTK测量要求给出施测点坐标，这就使得坐标转换工作显得非常重要。 坐标转换参数的精度和正确性是影响RTK测量精度的重要因素。 在选择校正点时要尽量将进行定测放样的线路包含在其范围之内。 首先根据静态测量时求得的WGS-84坐标和进行平差后的控制点坐标进行校正，求解坐标转换参数。 为了提高转换参数的可靠性，最好选取沿线的多点进行，这样就有多种点的匹配方案。 通过其平面或高程校正残差检验转换参数的正确性及精度。

③流动站的测量定位

启动流动站接收机并完成流动站的配置，在进行道路勘测时，首先要进行已有控制点的检核，检核控制点是否满足X、Y坐标差值的限差较差＜±5×2-0.5mm的要求，其余各水准点间复测高差与初测高差的较差满足＜±25×2-0.5mm限差。然后到已有的已知控制点上进行检核，检核合格后，即可在测区根据工程需要进行相关的测量定位放样和测绘工作。 如果检核不合格，则需要重新检查控制资料的正确性和基站流动站的设置情况。

（2）RTK路线测量

道路放样是RTK测量的模块功能，道路放样与线放样是相同的作业逻辑。 路线放样点坐标可用其他路线设计软件计算的逐桩坐标成果数据，导入RTK后，进而采用坐标放样定位。 也可在RTK中输入基本路线平面参数，定义线路，进而计算放样坐标，再进行路线放样定位。

①定义线路

调入道路数据文件分别调入路线的平断面、纵断面、横断面文件，每一个文件调入后都可以点击后面对应的显示按钮进行图形查看以检查数据是否正确调入，调入后的数据文件路径同时显示在右方，以方便进行核对。

②敷设路线中桩、边桩并测量高程

采用RTK测量道路中线时，输入路线里程或里程左／右边桩距，确定后RTK软件自动计算这个位置的坐标作为放样点坐标进行放样。 对该采样点进行放样，RTK操作手薄道路放样图形界面将显示当前点和放样点之间的虚线连接，以及进行放样指示，可快速定位、定桩，定位后即可测量中桩高程。

③路线横断面数据采集

道路中线上各点的法向切面称为道路的横断面，横断面地面线数据主要为横断方向地面起伏变化的特征点数据。 采用RTK进行路线横断面数据采集时，首先调入道路数据文件（主要是路线平面数据），然后输入里程或里程增量，指定一个里程，软件自动计算该里程处的横断面位置，并能在操作手薄图形界面上准确显示一条虚线作为横断面方向参考线，省去常规横断面测量中，横断面方向的确定过程。 当靠近此参考线，软件计算当前位置与该参考线的距离，若小于横断面限差设定值（设定值可以点击配置→数据→横断面限差进行设定），提示可以进行横断面点采集。

RTK路线测量中，由于每个点的测量都是独立完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。