1、RTK 技术及其在道路测量中的应用摘要：在野外测量实时测量中, RTK 的精度可以达到厘米级, 且具有实时性好, 速度快等优点。在公路勘测和放样方面与常规测量相比具有明显优势, 因此, GPS - RTK 已经成为道路工程中快速采集数据与定位的有效工具。文中介绍了 RTK 测量技术原理，系统构成，以及 RTK 技术及其在道路测量中的应用状况，以供参考。 关键词：RTK 技术道路测量 应用 中图分类号：U41 文献标识码：A 文章编号： 前言 常规的 GPS 测量方法,如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得 cm 级的精度,而 RTK 是能够在野外实时得到 cm 级定位精度的测量方
2、法,它采用了载波相位动态实时差分(Real2timekinematic) 技术,是 GPS 应用的重大里程碑,它的出现给工程放样、地形测图,及各种控制测量带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。高精度的 GPS 测量必须采用载波相位观测值,RTK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的 3 维定位结果,并达到 cm 级精度。 一、RTK 测量技术原理 RTK 测量以载波相位观测值为基础，不同于早先的实时差分 GPS(RTD),RTD 是建立在 C/A 码伪距观测值的基础之上的一种实时定位技术，其精度只能达到米级。静态测量是用两台或两台以上 GP
3、S 接收机同步观测，对观测值进行处理，可测得两测站间精密的 WGS-84 基线向量，再经过平差坐标传递坐标转换等工作，最后经过严密的解算求得测点的坐标。显然静态测量不具备实时性。而 RTK 定位技术则是实时动态测量，需要在两台 GPS 接收机之间增加一套无线数字通讯系统(亦称数据链)，将两相对独立的 GPS 信号接收系统联成有机的整体。基准站通过电台将观测信息和观测数据传输给移动站，移动站将基准站传来的载波观测信号与移动站本身采集 GPS 载波信号，在系统内组成差分观测值进行实时处理，解出两站间的基线值，同时输入相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标，并同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒
4、钟。在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则移动站就可随时给出厘米级定位结果。 二、RTK 测量系统由以下 3 部分组成： 1GPS 信号接收系统。从理论上讲，双频接收机与单频接收机均可用于实时 GPS 测量。但是单频机进行整周未知数的初始化需要很长的时间，这是实时动态测量所不允许的；加之单频机在实际作业时容易失锁，失锁后的重新初始化又要占去很多时间。因此，实际作业中一般应采用双频机。 2 数据实时传输系统。RTK 技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK 定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值
5、） 及已知数据传输给移动站接收机，为把基准站的信息及观测数据一并同时传输到移动站，并与移动站的观测数据进行实时处理，必须配置高质量的无线通讯设备(无线信号调制解调器)。 3 数据实时处理系统。基准站将自身信息与观测数据，通过数据链传输到移动站，移动站将从基准站接收到的信息与自身采集到的观测数据组成差分观测值。在整周未知数解算出以后，即可进行每历元的实时处理。 三、RTK 的作业流程和实施 1 首级 GPS 控制网布设 进入测区前首先要收集测区的控制点资料,控制点要分布在测区的周围,并现场核实控制点保存是否完整;若现有控制点不能满足 RTK 作业要求,必须布设 GPS 首级控制网,满足 C 级网
6、精度。 2 测区的坐标系统转换 坐标系统转换精度是影响 RTK 测量精度的重要因素。进行 RTK 点校正的控制点不得少于 3 个,且均匀分布在测区周围。 3 基准站(参考站) 的选定基准站的建立是顺利实施 RTK 测量的关键,基准站的安置应满足下列条件: （1）基准站应有正确的已知坐标; （2）交通方便,地势开阔,周围无高度角超过 10的障碍物,有利于卫星信号的接收和数据链的发送。 （3）为防止数据链丢失及多路径效应的影响,基准站周围应无 GPS 信号反射物(大面积水域、大型建筑物等) 、高压线、电视台、无线电发射站等干扰源。 四、RTK 在道路测量中的应用 1 控制测量 用 GPS 建立控制
7、网, 最精密的方法当属静态测量。对大型建筑物, 如特大桥、隧道、互通式立交等进行控制, 宜用静态测量。而一般公路工程的控制测量, 则可采用 RTK 动态测量。这种方法在测量过程中能实时获得定位精度。当达到要求的点位精度, 即可停止观测, 大大提高了作业效率。由于点与点之间不要求通视, 使得测量更简便易行。 2 线路勘测 在道路选线过程中, 我们往往要按照勘测设计规范, 本着“尽量减少占用农田、少拆迁房屋并尽量利用旧路路基”这样一个原则, 为了准确设计好道路中线路使其符合设计要求, 我们可以利用 GPS RTK 技术, 用车载 GPS RTK 接收机做流动站, 沿原路中线按一定间隔采集数据, 选
8、择另一已知点为参考站, 遇到重要地物, 准确定位, 最后将数据传入计算机, 利用 AutoCAD 软件可以方便在计算机上选线。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后, 需将公路中线在地面上标定出来, 并得到中桩点坐标及坐标文件。 采用实时 GPS 测量, 只需将中桩点坐标或坐标文件输入到 GPS 电子手簿中, 系统软件就会自动定出放样点的点位。由于每个点的测量都是独立完成的, 所以不会产生累计误差, 各点放样精度趋于一致。 3 道路的中线及纵、横断面放样 我们知道, 道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。放样时, 我们只要先输入各主控点桩号, 然后输入起终点的方位角, 直线段距离, 缓和曲
9、线长度, 圆曲线半径 R, 这样就可以很轻松放样了, 而且一切工作均由 GPS 电子手簿来完成。这种方法简单实用, 比起传统的极坐标法要快得多。另外, 如果你需要在各直线段和曲线段间加桩, 只需输入加桩点的桩号就行了, 剩下的工作由 GPS 来完成。纵断面放样时, 先把需要放样的数据输入到电子手簿中( 如各变坡点桩号、直线正负坡度值、竖曲线半径) , 生成一个施工测设放样点文件, 并储存起来, 随时可以到现场放样测设。横断面放样时, 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
10、放样点文件, 储存起来, 并随时可以到现场放样测设。同时, 软件可以帮助你自动与地面线衔接进行“戴帽”工作, 并利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件, 可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图来。因为所用数据都是测绘地形图时采集而来的, 不需要到现场进行纵、横断面测量, 大大减少了外业工作。 4 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 , 基线解算精度可以达到 10cm+1mD; 基准站点位精度平均在 3cm 之内; 坐标系转换精度,
11、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5cm10cm 内是能够做到的。 结束语 利用 RTK 进行控制测量不受天气、地形、通视等条件的限制，控制测量操作简便、机动性强，工作效率比传统方法提高数倍，大大节省人力，不仅能够达到一级导线测量的精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。但为了得到高精度的测量数据，必须求出适合于本地区的坐标系统转换参数和水准面模型转换参数。 参考文献 1 付开隆,韩丹,赵志坚.GPS-RTK 技术在公路测量中的应用J. 矿山测量. 2007(02) 2 刘全恒.GPS-RTK 技术在铁路测量中的应用J. 硅谷. 2011(09) 3 袁宗福,梁成武.RTK 测量技术原理及其应用J. 才智. 2009(04) 4 许娅娅,李菊华,雒应.实时 GPS 的发展与在公路测量中的应用J. 西安公路交通大学学报. 1998(S1)
