四川省交通运输厅交通勘察设计研究院四川省成都市610017
摘要：GPS—RTK是一种高效率的，自动化程度较高，测量精度在厘米级的测量技术，在公路工程的测量当中常规的方法有一定的限制，GPS—RTK是比较好的一种解决方案，本文对此进行了分析，探讨了GPS—RTK在公路测量中的运用方法，仅供参考。
关键词：GPS—RTK；公路测量；运用
工程测量在工程建设当中是非常重要的一环，几乎涉及到工程建设的各个阶段，公路工程当中同样如是。公路测量对于公路的建设质量是至关重要的技术保障手段。就测量技术而言，现在新型测量技术层出不穷，GPS—RTK测量技术是其中一种，并为高精度的工程测量提供了技术支撑。
一、公路工程测量概述
（一）公路测量基本内容
公路项目中测量是非常基础的的工作，在设计前期，负责地形、地貌、地质测绘，为项目规划和设计提供依据，并由此在测区内布置控制网点，这是为后续施工测量打下基础。而当工程进入施工阶段时，就需要结合控制网点，按图纸要求，给出高精度坐标并进行放样，为施工提供依据，而到了后期则主要针对竣工质量进行检测，保证其安全使用。
（二）公路测量核心问题分析
目前公路测量中常用的测量方法中要用到很多的测量仪器，如全站仪、水准仪、激光笔、水准尺等。在实际的测量工作中，常规方法中存在一些较为普遍的问题影响测量工作的效率。
例如水准测量是利用水准仪、水准尺对地面上两个点之间高差进行测量。在具体操作中需要先分析图纸，而一般情况下，设计图纸当中给出的水准点通常都在1000m以上，距离过远，对施工的指导作用很低，在测量开始前需要分析图纸，这样做的目的是要为布置临时水准点做准备，通常需要按图纸要求，并基于现场实际情况以200m为单位沿规划路线布置水准点，而一些桥涵或者构造物密集点，还需要多布置几个点，随后按照仪器的操作规程进行测量，并记录测量成果。进一步的根据实测数据计算得出高程实用数据。这个过程中需要将大量的时间花费在临时水准点布设以及实测数据计算上，而且可能会由于人为的细小失误而导致成果缺乏科学性和准确性。
再如中线放样，一般根据设计图纸给出的导线点坐标进行，实际操作中需要对其进行复测恢复控制桩位，这在测量工作中是一个必然的流程，但是这个流程比较复杂，对于工期紧的工程而言，这个过程比较花时间，因为还需要对导线点坐标进行计算，然后再复测，过程复杂。常规方法中中桩放样还需要结合控制点，参考最近两个导线点，后视一个相邻导线点，拔角测距，从而通过角和距离的测量成果计算放出中桩点。
从上述内容来看，常规的公路测量方法限制比较大，而且测量流程比较复杂，其中有很多人为因素会影响测量结果的精度。实际上在常规方法中施工控制网用的是导线网，这种控制网应用最广泛，布设很灵活，推进速度快，地形限制不大，但是导线控制网的控制面积小，较少的校核条件使得方位传算误差较大。所以对于公路测量作业而言，迫切需要一种高效快速而且精度高的测量方式，GPS—RTK技术是目前较为合适的解决方案。
二、GPS—RTK在公路测量中的运用
基于上文的分析可以看出，公路测量当中常规的方法存在一些限制，如果工程建设工期要求比较紧张，并且测区通视条件相对较好的情况下，可以直接利用GPS—RTK技术进行测量。在公路测量当中，GPS—RTK可以替代全站仪、水准仪完成很多测量工作，而且效率高，测量精度高。如果CORS完善只需要一套GPS—RTK设备就能完成测量工作。
（一）GPS—RTK测量技术及其测量原理
1、GPS—RTK测量技术
GPS—RTK是GPS定位测量技术延伸出来的一种新技术，一般称为载波相位差分技术，这种技术通过对量测站的载波相位观测值进行实时处理，就可以实时提供厘米级精度的三维坐标。
2、GPS—RTK测量基本原理
GPS—RTK测量技术相对常规测量方法来说很简单，即在具体的测量工作中，GPS—RTK最少只需要两台GPS接收机就能够进行正常的测量作业。其中一台GPS接收机需要安设在一个已知的坐标点上作为测量的基准站，而且需要一定的数据，比如基准站的坐标转换参数、高程以及坐标。另外一台GPS接收机就可以作为流动站使用，当然在GPS—RTK测量中流动站可能不只一台GPS接收机。
其基本原理在于基准站和流动站实时的跟踪4颗以上的卫星，并同时接收来自卫星的信号。其中基准站将信号转发至流动站，而流动站接收基准站的信号的同时与自身接收到的卫星信号一同在控制手簿中进行实时的差分处理，进而得到本站的坐标、高程和精度，同时设备进一步的对比预设精度指标，当实测精度达到要求，仪器就会提示是否接受这一成果，并在仪器中做备份。
（二）GPS控制网与参考网
从已有工程案例来看，GPS—RTK测量技术在公路测量当中运用首先需要建立GPS控制网，一般而言按照GPS测量规程，GPS控制网需要按0.5~1km为一个单位设立一个控制点，控制点等级则按照公路等级设定。通常在控制网布设当中，控制点一般选择控制地物轴线附近的两个首级控制点作为已知点，两个点连接的基线与轴线基本上平行，可以有效的控制轴线偏离误差，然后在两个控制点范围内再布设一个或多个点形成多边形或三角形的闭环，控制点密度一般为3~5个定位点。
比较尴尬的是GPS控制网由于是临时布设的，需要耗费大量的人力物力和财力进行布设，一般也用不了多久就需要重新布设，非常的不方便，但在基于GPS的测量技术当中，又必须要用到GPS控制网，所以为了更加高效的进行测量，在GPS—RTK技术中有一个非常重要的基础设施，即永久性的GPS控制网，这个网一般称为参考网。或者说连续运行参考站系统（CORS）如图所示。
图1：CORS系统示意
CORS有基准站网、数据传输系统、数据处理中心、定位导航数据播发系统、用户应用系统（网络型RTK系统是其中之一）五个部分。该系统在空间数据基础设施中是非常关键的一环，可以满足各类用户对精度定位、快速定位、实时定位、导航等的要求。随着我国CORS系统的逐步建立和完善，GPS—RTK必定会逐步成为公路测量领域的主流技术。（三）GPS—RTK测量要点
首先，为保证测量质量，必须要确定基准站与流动站的外业观测要求。一般基准站要求卫星高度角13°，有效观测总数在5次以上，观测时间连续进行，采样间隔要求5s，天线量高测前2m，天线对中精度0.5mm。流动站外业要求15°卫星高度角，5次以上有效观测次数，3分钟以上观测实践，5s采样间隔，2m侧后天线量高和2mm天线对中精度。
其次，在GPS—RTK测量当中最为关键的就是GPS控制网（如果当地CORS完善，则可不用布设GPS控制网），在测量前期，就需要在测区内沿测绘路线布设好控制网，并确定控制点位，完成后基于快速静态测量获取控制点坐标与高程。在GPS—RTK技术中有两种定位模式，即静态定位模式和动态定位，静态定位就是流动站静止，在观测过程中接收基准站和卫星同时发来的信号，实时解算确定三维坐标，当坐标点数据趋于稳定时，便可结束实时观测，这种模式一般用在控制网加密当中，而动态定位则在公路测量当中可以用来做中桩定位、横纵端面测量、地形测绘等，测量时间只需要2至4秒，精度在1至3厘米。
第三，在测量之前还需要尽可能的选择环境较好的点位作为基准点，以便可以就近与控制点进行联测以保证测量质量。
第四，测量过程中通常需要进行坐标系转换，一般在GPS控制器软件中有相应的转换功能，只需将静态定位数据输入控制器的相应软件，即可得到转换系数和高程拟合参数，当待测区域中的实际点位测定前先在仪器手簿坐标库内输入设计坐标，即可在测定实际点位后进行放样。
（四）GPS—RTK测量案例
某山区公路工程中待测区域位于丘陵地带，测区内存在村庄，且周边分布众多竹林，地物地貌变化较大，通视条件较差，测区中已有4等GPS控制点7个，分布均匀，测区北侧有此前数字测图时留下的一级导线点。
首先，在实际测量过程当中先针对控制点进行检查，看是否适合作为基准点。然后根据GPS—RTK仪器精度问题和现场勘查情况，将已知的7个GPS控制点的分布情况基于甲方提供的地形图划分为5个测区。
其次，进行转换参数的确定，一般利用重合点的两套坐标数据，按一定数学模型来计算得出。参数转换的方法一般有两种，一种是七参数转换法，另一种是四参数转换法。在本项目当中选用四参数转换法，转换参数。以便更好控制待测分区测量点坐标和高程的精度与已知控制点的配合。通过这种转换后，基于现场的实际情况，只需要采集两个点的坐标即可。
作业过程按照上一节提出步骤进行，测量成果以某一个测点为例，其四等GPS坐标点为（2053.459，3283.926，315.159），GPS—RTK测量坐标点为（2053.438，3283.952，315.139），坐标差值X轴方向2.1cm，Y轴方向-2.6cm，Z轴方向2.0cm。
结束语
综上所述，GPS—RTK技术为公路测量提供了更加高效便捷的测量方案，随着CORS的不断完善，GPS—RTK必定将成为测量领域的主流技术，因其本身在公路测量当中就有着非常显著的应用前景。本文对此进行了简单的分析，可能存在不足，但希望能够有一定参考价值。
参考文献：
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[2]赵萌.GPS-RTK测量精度的分析与质量控制[J].铁道勘察，2012，38（02）：10-12.