小议在公路工程中实时动态RTK的应用
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摘要:GPS的广泛应用是工程测量的一次历史性技术革命，极大地提高了测量作业的效率和精度，实时动态RTK是GPS的最新技术，在公路勘测、施工和养护方面有着十分广阔应用的前景。本文就RTK的原理和在公路工程中的应用，并结合实际工作进行了介绍。
关键词:RTK;公路;应用
近几年来GPS技术发展迅速，应用越来越广泛，实时动态rtk是GPS相对定位技术发展和应用的主流。静态定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量，在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果，无法实现实时测量。
一、实时动态RTK技术的的原理及优点
（一）实时动态RTK技术的的原理
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三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，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，则流动站可随时给出厘米级定位结果。
实时动态RTK定位系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，数据处理技术和数据传输技术是RTK技术的关键，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）及已知数据传输给流动站接收机。其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度，从而进行实时作业。
（二）实时动态RTK技术的优点
具有GPS所有的特点，全球性、全天侯、连续性、不需通视、定位和定时。
可实时获得具有厘米级精度的点位坐标。以往都是通过后处理来获得厘米级的点位坐标，实时处理大大提高了作业的效率，并且保证了数据的质量，同时扩大了GPS应用的领域。
可在运动过程中连续高精度采样，在中线放样的同时完成中桩高程的数据采集工作，中桩高程可达到四等水准测量的精度。
二、实时动态RTK技术的应用
随着GPS接收机性能和数据处理技术逐渐完善，RTK技术应用领域也不断拓宽，实时动态RTK测量在公路工程中可完成多种工作。
测绘大比例带状地形图。高等级公路选线多是在大比例尺（通常是1:2000或1:1000）带状地形图上进行，用传统方法测图，一般首先要建立控制网，在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。其工作量大速度慢，花费时间长，一般要求至少2-3人操作。用实时动态RTK测量，构成碎部点的数据，仅需一人背着仪器在需测的地形地貌碎部点停留一二秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，在室内即可由绘图软件成图，由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，大大降低了测图的难度，既省时又省力，显著提高了工作效率。
工程控制测量。传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度是否符合规范要求，最精密的方法应属静态测量。对于大型建筑物，如特大桥、隧道、互通式立交等进行控制，宜用静态测量。而一般工程的控制测量，则可采用实时RTK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必须通视，使得测量更简便易行。
公路中线测设和施工放线。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将公路在地面标定出来。采用实时GPS测量，只需在内业时将曲线元素输入微机，然后传至流动站手持机中，系统就会定出放样的点位。由于每个点位的测量都是独立的完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。
初测时应首先建立首级控制网，一般应采用静态GPS定位技术建立首级控制网，然后用静态或快速静态建立低一级的加密网络。首先应在室内将设计的曲线线元要素通过路线编辑软件后按照文件格式要求，输入微机，然后将这些数据传送到手持机中，有了坐标以后在实测前还应作坐标转换参数的计算，以便把GPS测量结果转换到工程采用的坐标系统，有了转换参数便可在野外进行测设工作。
野外实测时基准站可设置于视野开阔的已知控制点上，一般距流动站不宜超过10公里，否则影响测量精度。测量时直接给手持机输入桩号，手持机即显示点位坐标，为确定点的实际位置需要移动天线，在手持机上可显示出南北向和东西向各移动多少，对于地形、地物加桩可根据距前一点的距离给手持机桩号，即可放出该点。2004年5月通过测量天津至汕尾高速公路河北段，体会到使用RTK动态测量方便快捷，工作效率成倍提高，一台流动站一天一般能放线5～8公里。
公路纵、横断面测量。公路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可给出路线纵断面和各桩点的横断面。由于所用数据都是测绘地形图时采集来的，因此不需要再到现场进行纵、横断面测量。从而大大减少了外业工作。如果需要进行现场断面测量时，也可采用实时GPS测量。与传统方法相比，在精度、经济、实用各方面都有明显的优势。
高程测量。目前，在公路工程测量工作中，用GPS完全替代高程测量还不能做到，基平测量仍由水准来完成，基平一般每1～2 km布设一个水准点，在基平点选择及GPS线路控制时应顾及两者有足够多的重合点，这样保证每1～2km有一个重合点，这样有利于高程的拟合，拟合点越多，精度越高，拟合点的多少以满足中平精度未原则，拟合后相对于基平水准点高程中误差一般可在3 cm以内，这样的精度可以满足规范规定和工作需要的精度要求。
公路工程测量一般在带状地形上进行，纵向长度可达到几十公里或几百公里，在横向上却一般只有几百米，在GPS高程拟合转换过程中若是利用测区内所有点建立统一的拟合公式于整个测区，由于线路在某个方向上伸展的范围较大，其高程异常的变化也就复杂得多，因此其整体拟合的精度较低。如果是采用分段拟合，即根据地形或几天的工作量进行人为分段，把整个测区划分为几个区段，利用各个区域内的重合点分别建立拟合模型，来计算该区域内GPS点的正常高程，显然在各区段之间的接合部GPS点高程的转换只利用一侧的重合点，也能满足精度要求。我们测量的天津至汕尾高速公路河北段，就采用了这种方法，取得了令人满意的效果。
结束语
GPS的应用极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是实时动态(RTK)定位技术的优势更是不言而喻的。但要进一步普及应用，还需做好软件的研发工作，目前，特别是GPS仪器的价格较高，在一定程度上影响了GPS的推广应用。