GPS-RTK技术在路桥工程测量中的应用

GPS-RTK技术在路桥工程测量中的应用
摘要：本文以某高速公路项目为例，该工程设计时速达100 km/h, 沿线全长27.56 km, 采用双向四车道设计，路面宽度为19.5 m, 路基宽度为21 m。

由于
项目位于山区地带，高程相差较大，据原始地质资料调查测量高度最大差异为
400 m, 因此外业工作开展较为困难。

此外该项目检测分项较多，包含桥梁与隧
道工程，且地形地貌相对复杂。

于是经项目组研究决定，使用GPS-RTK技术针对
其前期勘探工作展开测量。

关键词：GPS-RTK技术；路桥工程
1 GPS-RTK技术原理
GPS-RTK测量作业是在采用全球定位系统的基础上，以载波相位观测值来进
行精准测量的一种工程勘测技术。

由于布网方便、测量精度高、测站间无需通视、选点灵活等技术优势的存在，使得其在当前区域公路建设工作中具有极为广泛的
应用前景。

并且由于网络通信技术的高度发达，更是弥补了其以往易受卫星信号
干扰的缺陷，进一步提高了自身测量结果的精确度。

目前在路桥工程测量中，GPS-RTK技术的应用主要体现在前期勘测阶段进行路线平面、纵面测量，以及测
绘带状地形图，并在具体施工环节为桥梁等建筑构造布设控制网，因此能够全程
为路桥施工提供参考依据。

2 GPS-RTK测量技术要点
GPS测量是在卫星运动轨迹上选择某一瞬时位置作为起算数据，按照空间距
离后方交会的方式，对待测地点进行精准定位。

其测量过程中并不依赖已知水准点，而是强调在测区内进行中线放样，利用信号接收基站来获取卫星信号并完成
控制网的布设工作。

因此，GPS测量技术数据断链少，且不易产生误差，能够对
测区范围内的地貌信息进行全面掌握，以此协助人工完成精确测量工作。

故而在
路桥测量工作中，强调作业人员把握好以下技术要点。

2.1控制网布设
根据控制网分级特点，其布设过程中I、II级控制网应按照“边联式”“网联式”结构特征进行布设；III、IV级控制则按照“点联式”或“铰链导线式”进行布设，且布网过程中避免出自由基线。

同时在与附近高等级国家平面控制网进行联测的过程中，需要保证联测点位的数量至少控制在3个以上，并且随着网络覆盖范围的延伸，联测点数也需要随之增加。

本项目位于山区地势，因此选择的联测点位控制在10个以上，相邻测点间距最大不得超过20 km, 并采用IV级标准来控制点位精度。

2.2 点位校正
控制网布设完成之后，需要选择至少3个静态控制点进行校准，并采用“七参数法”对三点坐标的旋转角度(Δα,Δβ,Δγ),平移量(Δx,Δy,Δz),以及尺度因子K进行确认，最后通过计算将WGS-84大地坐标系统中的点位坐标转化为GPS控制网中的独立坐标，用以表达测区范围内各个点位的地理信息。

在本工程中，选择了 Q-08、HX-11、HX-06、SD-10、SD-06、SD-11 等6个点位作为校正精准坐标，将其分别进行连接形成两个近似三角形的测区展开校正实验，通过对比两个三角形的实测数值与静测数值差异，从而确定点位纠偏参数，以此校正测区各个测点的位置信息。

2.3 信号接收装置调整
通常而言，测站的信号接收装置进行架设的过程中，只需要利用三角支架对天线进行固定，并使其天线中心位置对中即可，同时调整基座上的圆水准气泡。

但是如遭遇构造物遮挡导致卫星信号接收不理想的情况，则需要对信号接收装置进行偏心观测，以保证测量过程中点位信息准确。

首先根据定向标识作为参照，将天线中心位置对准北方，以此削弱相位中心误差，一般来说需要将调整范围控制±3°～±5°即可；其次为保证信号接收正常，天线假设位置需要保证在离地1 m高度以上，但是为避免雷击、狂风影响，需要对天线三脚架进行固定，同时对其进行接地处理，以保证设备正常运行；最后采集测站设置地点的环境参数，先以120°间隔对圆盘3个方向的天线标高进
行测量，高程误差不可超过±3mm, 并且其平均值记录到平台数据库中，然后将
全天划分为3个时段，分别记录气象信息，其中温度读数需要精确到0.1℃,气压
读数需要精确至0.1 mbar, 以此综合考虑测量期间可能出现的数据误差。

3 GPS-RTK技术在路桥测量工作的应用流程
3.1 中线控制点观测
本工程在进行放样测量的过程中，对于中线控制点的读数精度确定为图根级，以确保外业测量结果满足设计标准中的平面以及高程精度。

同时在实测开展过程中，设置1台GPS信号接收站作为固定观测点位，同时配置3台移动信号接收装
置作为流动测量点位，如此在进行外业工作的过程中，只需要将设备放置于作业
车当中，即可在野外环境下进行快速测量，如此不仅有效提高了测量工作效率，
而且降低了测量人员的外业工作难度。

3.2 数据采集
在进行测区地形信息采集的过程中，首先需要启动固定测点的信号接收装置，确认其工作参数正常后。

将其余3台移动信号接收装置运送到指定测点，然后起
动设备进入到观察状态。

在数据采集过程中，固定站信号接收装置需要始终保持
稳定工作状态，并且中途不可停止观测，直到所有流动测点的数据采集完毕，并
进行递交之后，才进行关机停止操作。

如此设置的目的，是保证测量采集数据的
过程中，至少有两部以上设备在能够接收到同一时段内的瞬时数据信息，以此形
成独立的观测基线。

此外为了避免出现数据遗失或误差现象，本工程需要在外业
过程中，通过固定测点对同一测区展开两次以上的重复观测；流动测点在此期间
需要对该测区的地理信息进行15 min以上的观测时间，GDOP值需要保证大于8,
历元数应至少在60以上。

本项目在进行控制网布设的过程中，一共设置了60个观测点位，历时7个
工作日便完成了外业数据采集工作，其中出现读数异常导致重测的点位仅有两个。

4 GPS-RTK技术在路桥测量工作中的应用优势
4.1 路桥测量内、外业一体化
传统的道路桥梁工程测量工作，存在着严重的内、外业分割现象，主要表现为外业工作人员通过标识埋设、勘点选位之后，内业人员根据外业测量成果来进行设计计算、图纸设计、结果处理、图上布网选点、成果输出等，工作过程中由于缺乏有效沟通，常常会导致一些数据误差现象。

而GPS-RTK测量设备共分为3个构成部分，分别是空间卫星、地面控制网以及用户终端。

在网络通信技术的支持下，可以将其彼此并联起来，并由系统平台自动对测量数据进行校对。

如此不仅能够保证内外业工作人员的交流畅通，而且提高了测量结果的准确性。

这样的测量技术不仅有效推动了行业的整体升级，而且带动了道路桥梁工程质量的有效提升。

4.2 线路勘察设计一体化
除了推动测量内、外业一体化之外，GPS-RTK技术的应用还有效对路桥建设项目的各项工作环节进行了整合串联，通过外业测量数据作为基础，实现了各部门之间的信息共享，使其能够根据路桥工程测量得到的数据信息来进行设计、选材以及构型。

同时GPS-RTK技术不仅是在项目前期提供了关键的数据参考，同时还在实际施工过程中起到了重要的指导作用，使其对施工工艺、进度、成本的控制变得更加合理。

4.3 施工放样一体化
路桥工程涉及到的工序流程极为繁琐，同时现场环境复杂，干扰因素众多，因此常常难以保证施工质量。

而将GPS-RTK技术应用到路桥工程检测工作中，不仅能够起到指导作用，同时还能够针对工程进展发挥出全方位的监测评估作用。

随着地面构造物的形成，GPS-RTK测点可以同步对路桥结构的标高、规模进行检测，从而及时发现质量问题并进行整改。

5 结语
综上所述，随着建设水平的不断进步，传统测量技术已经难以满足当前人们的外业测量需求。

因此本文通过讨论GPS-RTK测量的技术原理、要点以及应用流
程，提出了一种更为精准且高效的路桥工程测量技术。

希望能够以此推进公路桥梁建设行业发展，全面提高工程施工质量。

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