GPS公路测量应用施工工法

GPS公路测量应用施工工法

完成单位：中建五局土木工程有限公司

主要完成人：邓贵奇刘陶然刘锦博张红卫

关键词：公路工程测量 GPS RTK

1 前言

随着我国近几年基础事业大规模发展，国家对公路市场大力投资，要求我国公路施工单位具有高科技管理手段，高效率保质保工期完成施工任务。而对于公路施工行业，从进场交桩到竣工验收复测施工全过程，均需要测量控制。测量成果质量好坏直接影响到工程的质量、进度、成本。如何高效优质完成公路测量控制是大多数施工单位面临问题，特别是对于路线长，地形复杂，植被茂密，通视条件差，山高沟深，悬崖绝壁，条件艰险的山区测量环境，更为测量工作带来了极大困难，传统的测量方法是采用全站仪进行测量，对测量人员劳务强度大效率低，而且受天气、人为、仪器等因素干扰测量成果误差大。随着时代的发展，测量方法必将迎来新的变革，GPS即时动态定位(Real Time Kinematic,RTK)具有施测迅速，移动快速，且不需后处理的内业计算工作并提供高精度的即时定位效能，采用RTK测量可以降低测量人员劳务强度，提高测量成果质量。故RTK在公路测量的早日普及，对于提高公路测量水平提高具有极其深远作用。

2 工法特点

2.1 作业效率高。在一般的地形地势下，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。

2.2 定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件(有效卫星5颗以上，卫星高度角20度以上，PDOP值＜5)，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

2.3 降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。

2.4 RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。

2.5 操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设臵，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换

和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。在基准站架设、移动站操作、手簿软件的使用方面都比较简单易学。现市场主流南方RTK 1+2价格近约十余万，低廉价格对于在公路测量大面积推广具有很大的市场前景。

3 适用范围

适用于线路长度长,地形起伏大，地表遮挡物多，通视条件差。工期紧张的道路测量。

4 测量原理

GPS（global positioning system）是美国耗时20年、投资300亿美元建立的一项继阿波罗登月计划和航天飞机之后的第三大空间工程。它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题。

GPS定位系统由三部分组成：1、空间卫星站部分，2、由若干地面站组成的控制部分，3、以接收机为主体的广大用户部分。空间卫星站部分由共计24颗卫星组成，它们均匀分布在倾角为55°的6个轨道上，每轨分布4颗卫星，相邻轨道之间的卫星彼此叉开40°，以保证全球任意时刻的均匀覆盖，利用GPS进行定位的基本原理就是把卫星视为飞行的控制点，在已知卫星在其固定轨道上的瞬间坐标的条件下，以GPS卫星和RTK接收机之间的距离作为测量量，进行空间距离后方交会，从未确定地面接收机的位臵。

单基站CORS，就是只有一个连续运行参考站。类似于一加一或一加N的RTK，只不过基准站由一个连续运行的基准站代替。由如下几个单元组成：GPS基站、网络服务器、电源系统、用户系统，如下图所示整个系统的原理图如下：

图4-1 单基站CORS系统的原理图

5 工法流程及操作要点

5.1工艺流程

RTK在公路测量中的使用步骤，具体可分为三个环节：建站→求参数（校点）→放样。

5.2操作要点

5.2.1 建站

RTK接收机定位的关键在于使用了GPS的载波相位观测量，并将接收机分为参考站与移动站两部分，参考站用于参考定位，移动站用于实时测量，利用参考站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度( RTK标称精度：水平为1cm+1ppm·D；高程为2cm+1ppm·D的定位）

而参考站与移动站差分信号传播分两种模式，即CORS（利用多基站网络RTK 技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统Continuous Operational Reference System，缩写为CORS）和电台模式，在有移动电话信号的区域优先使用CORS模式，此模式优点是无需架设基站和校点，能够不受基站与移动站距离限制，移动站开机后与CORS基站连接后可进行测量，大幅提高测量效率，测量精度高于电台模式。缺点是测量区域仅为移动信号覆盖范围内；另一种为电台模式，在无移动电话信号的区域可采用电台模式，用电台信号替代移动信号，通过移动站校核两个以上已知点，求得正确参数转换当前坐标系，才能进行测量。其优点为能够在地形恶劣、遮挡物多情况下测量，缺点为测量前需架基站和校点降低测量效率，测量距离受限，移动站只能在参考站4KM半径内测量。两种模式各有优缺点，实际使用过程中相互搭配能够达到最好效果。以下是两种模式的基站实物照片和工作原理图。

图5-1 电台模式实物照片图5-2 电台模式工作原理图

图5-3 CORS基站实物照片图5-4 CORS基站工作原理图

5.2.1.1 单基站CORS的建站流程

1 基准站结构

图5-5 观测墩结构

2 基准站由仪器室和观测墩两部分组成：

1) 观测墩：用于支撑GPS观测天线。观测墩建立于基岩上的称为基岩站，