论文部分内容阅读
【摘 要】 本文主要根据公路工程实际情况，对其放样过程中用到的GPS技术的组成以及基本工作原理做了相关介绍。并且着重对GPS技术应用过程中需要注意的种种问题进行分析，从而对GPS技术在工程放样中的具体应用进行全面的介绍与研究。
【关键词】 GPS技术;公路工程放样;全站仪
GPS技术是一种较为先进的定位技术。它是通过对载波数位的实时监测来得到其观察值的变化情况，从而实现动态的精确定位。近年来，随着我国国民经济的飞速发展，各种复杂的、特殊的、精密的工程建设不断增多，相应对工程测量技术的要求也越来越高。GPSRTK技术在布设施工控制网时具有高精度、实时性、轻便灵活等优点，已逐步应用于工程测量、坐标放样、公路放样、碎部测量、地籍测量等诸多方面，在工程测量中起到了比较重要的作用。
1、GPS技术应用介绍
GPS实时动态测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统，主要由GPS接收设备、数据传输系统和软件系统三部分构成，是GPS测量技术发展的一个新突破。实时动态定位技术也叫RTK技术，是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术。
1.1 RTK的基本原理及作业过程。RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程中的一个标志，是一种高校的定位技术。它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标—移动站，基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。
1.2 RTK的作业过程。1）启动基准站：将基准站架设在上空开阔、无电磁干扰的控制点上，打开仪器。2）建立新工程：定义坐标系统新建工程，在文件夹里设置好测量参数，它们分别是测量的成果文件和各种参数设置文件。3）点校正：CPS测量的为WCS-84系坐标，而我们通常需要的是在流动站上实时显示国家坐标系的坐标，这需要进行坐标系之间的转换。4）流动站开始测量：（1）单点测量（2）放样测量：在进行放样之前，根据需要输入放样的点、直线、曲線、DTM道路等各项放样数据。
1.3 RTK系统组成。RTK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，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。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而可减少冗余观测，提高工作效率。
实时动态定位（RTK）技术不仅保留了GPS所有的功能，如快速静态定位模式、准动态相对定位模式、动态相对定位模式等，观测数据也可以采用后处理的方法，由于后处理定位和实时定位可以同时进行，所以更具优越性。
2、GPS技术应用的注意事项
虽然RTK应用于公路工程测量有其明显优势，施工中对点、线、面以及坡度等放样均很方便、快捷，但为了减少误差、提高测量精度，在进行RTK作业时应该尽量注意以下几点：
1）进行RTK测量时尽量不要使用对讲机;2）城区最好不进行RTK测量，一般情况下，城区的RTK成果包含有大量的粗差成果;3）工程中在测区的制高点上布设GPS控制点，提高参考站天线高度，控制参考站和流动站间的距离;4）在测站周围500m范围内不要有TV和BP机发射台、无线电定向发射台、航空导航的雷达装置;5）初始化完毕后，最好在已知点上进行检查，失锁后，有条件时应在前一点进行检查，如条件不允许应进行两次初始化，若差值超出要求应采取相应的措施;6）参考站应选择建在地形开阔、没有反射面的地方;7）为防止轨道误差的影响，流动站距参考站的距离要小于10km;8）由于RTK在高程上的精度低于水平精度，公路工程中要对高程进行检核，局部地区使用水准仪抄平。
3、GPS在公路工程放样应用
图1 曲线要素图
GPS测量应用在公路工程线路中，使得中线测设更为快捷方便。设计人员在带状地形图上定线后，需将线路中心在地面标定出来，采用GPS实时定位（RTK）测量模式，只需将道路文件的坐标等数据输入GPS接收机中，系统就会自动计算，显示流动站与实际点位的差值。根据仪器手簿所显示的数据，马上可以定出中线上的任一点位，而且所需时间短，在整理内业时，也减少了中平测量工作。由于每个点位的测量都是独立完成的，因此不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。
3.1利用RTK实现曲线放样。由于公路工程是一种线型工程，因此，其相应的中线通被叫做线路。这些线路通常通过空间直线段以及曲线段进行组合而形成。如果某一地段的线路方向出现一定的变化，其转向处的连接曲线则一般被称做平曲线。而平曲线往往又分为圆曲线以及缓和曲线这两类。
对于圆曲线，进行放样之时，首先应当找到放样曲线的主要点，也就是ZY（直圆点）、QZ（曲中点）、YZ（圆直点）。α为交点JD上实地所测出的实际偏角，圆曲线的半径则往往由设计所给出。因而可以根据图1几何关系利用公式（1）、（2）、（3）、（4）计算出切线长，曲线长，外矢距及切曲差四项曲线要素：
（1）
（2）
（3）
（4）
在实际工程中，通常是根据曲线的基本要素进行放样，从而得出曲线主点，再通过已放样出来的主点进行放样，得出其他点。正因为放样时是根据已放样主点进行，所以会造成误差积累。 3.2曲线放样工程实例。若曲线各点的坐标是已知数据，则可按放样点的方法进行曲线放样。但若不知道曲线坐标，也可以将曲线条件输入手簿，由手簿解算主点和细部点的坐标进行放样。曲线要素如表。
表1 曲线要素表
JD 偏角 R T L E
K100+000.00 左偏 右偏 400.00 52.66 104.72 3.45
15°00′00″
互差最大为3.9cm，最小为0.3cm。
RTK测量结果与全站仪测量结果互差均在厘米级，其中横向最大误差△X为-2.4cm，纵向最大误差△Y为-3.1，点位用RTK进行测设，曲线的横向和纵向偏差完全可以满足工程的要求，因其不存在误差累计，故精度高。
如有误差超限的点，我们同样可以根据测量的条件，判断出误差的来源。
对于误差超限的点我们可用静态GPS进行测量后，制作摸板，标出正确的点位。
3.3 GPS技术与全站仪的配合
在GPS（RTK）定测过后，再使用全站仪进行放样，放样点的方向定好以后，照准部水平方向制动。观测者指挥立镜者在望远镜视线方向移动，当移动到适当的位置时，dHR为零，将棱镜树立垂直进行观测，dHD为立镜点与放样点之间的距离，也就是说立镜者要沿着放样方向前进dHD米放到达放样点的位置。测量数据显示在负号表示远离测站行走，正号表示朝向测站方向行走。dZ为立镜点与放样点之间的高程之差，也就是说立镜者要將棱镜抬高dZ时方为放样点的位置。负号表示欲放样点比立镜点高，正号表示欲放样点比立镜点低。这就是使用全站仪放样的方法。
进行数据检核与分析把全站仪的放样成果当作准确值，与GPS（RTK）的成果相互比较来考查其成果的准确与否。笔者使用GPS（RTK）放样的中线坐标满足了中线量距精度和中桩桩位限差的要求。因此，GPS（RTK）配合全站仪可以应用在公路施工放样中，同时也方便了公路测量施工。在适合GPS（RTK）的路段就可以用GPS（RTK），不适合的地方就可以用全站仪，都能满足公路测量施工的要求。
4、结束语
GPS-RTK系统是通过在基准站上安装GPS接收机来对数据进行连续的收集，进而使用卫星对其收集到的数据进行观测与分析，最后通过流动站对收到的信息进行处理与翻译的技术系统。经过本文的介绍与分析，相信GPS在公路放样工程中将会得到更为广泛的应用。
参考文献：
[1]高涛，安许东.GPS技术在公路测量中的应用[J].河南科技，2006（01）：35-36.
[2]薛兆元，陈向阳.GPSRTK关键技术应用的分析与研究[J].测绘标准化，2007（03）：48-49.
【关键词】 GPS技术;公路工程放样;全站仪
GPS技术是一种较为先进的定位技术。它是通过对载波数位的实时监测来得到其观察值的变化情况，从而实现动态的精确定位。近年来，随着我国国民经济的飞速发展，各种复杂的、特殊的、精密的工程建设不断增多，相应对工程测量技术的要求也越来越高。GPSRTK技术在布设施工控制网时具有高精度、实时性、轻便灵活等优点，已逐步应用于工程测量、坐标放样、公路放样、碎部测量、地籍测量等诸多方面，在工程测量中起到了比较重要的作用。
1、GPS技术应用介绍
GPS实时动态测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统，主要由GPS接收设备、数据传输系统和软件系统三部分构成，是GPS测量技术发展的一个新突破。实时动态定位技术也叫RTK技术，是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术。
1.1 RTK的基本原理及作业过程。RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程中的一个标志，是一种高校的定位技术。它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标—移动站，基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。
1.2 RTK的作业过程。1）启动基准站：将基准站架设在上空开阔、无电磁干扰的控制点上，打开仪器。2）建立新工程：定义坐标系统新建工程，在文件夹里设置好测量参数，它们分别是测量的成果文件和各种参数设置文件。3）点校正：CPS测量的为WCS-84系坐标，而我们通常需要的是在流动站上实时显示国家坐标系的坐标，这需要进行坐标系之间的转换。4）流动站开始测量：（1）单点测量（2）放样测量：在进行放样之前，根据需要输入放样的点、直线、曲線、DTM道路等各项放样数据。
1.3 RTK系统组成。RTK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，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。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而可减少冗余观测，提高工作效率。
实时动态定位（RTK）技术不仅保留了GPS所有的功能，如快速静态定位模式、准动态相对定位模式、动态相对定位模式等，观测数据也可以采用后处理的方法，由于后处理定位和实时定位可以同时进行，所以更具优越性。
2、GPS技术应用的注意事项
虽然RTK应用于公路工程测量有其明显优势，施工中对点、线、面以及坡度等放样均很方便、快捷，但为了减少误差、提高测量精度，在进行RTK作业时应该尽量注意以下几点：
1）进行RTK测量时尽量不要使用对讲机;2）城区最好不进行RTK测量，一般情况下，城区的RTK成果包含有大量的粗差成果;3）工程中在测区的制高点上布设GPS控制点，提高参考站天线高度，控制参考站和流动站间的距离;4）在测站周围500m范围内不要有TV和BP机发射台、无线电定向发射台、航空导航的雷达装置;5）初始化完毕后，最好在已知点上进行检查，失锁后，有条件时应在前一点进行检查，如条件不允许应进行两次初始化，若差值超出要求应采取相应的措施;6）参考站应选择建在地形开阔、没有反射面的地方;7）为防止轨道误差的影响，流动站距参考站的距离要小于10km;8）由于RTK在高程上的精度低于水平精度，公路工程中要对高程进行检核，局部地区使用水准仪抄平。
3、GPS在公路工程放样应用
图1 曲线要素图
GPS测量应用在公路工程线路中，使得中线测设更为快捷方便。设计人员在带状地形图上定线后，需将线路中心在地面标定出来，采用GPS实时定位（RTK）测量模式，只需将道路文件的坐标等数据输入GPS接收机中，系统就会自动计算，显示流动站与实际点位的差值。根据仪器手簿所显示的数据，马上可以定出中线上的任一点位，而且所需时间短，在整理内业时，也减少了中平测量工作。由于每个点位的测量都是独立完成的，因此不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。
3.1利用RTK实现曲线放样。由于公路工程是一种线型工程，因此，其相应的中线通被叫做线路。这些线路通常通过空间直线段以及曲线段进行组合而形成。如果某一地段的线路方向出现一定的变化，其转向处的连接曲线则一般被称做平曲线。而平曲线往往又分为圆曲线以及缓和曲线这两类。
对于圆曲线，进行放样之时，首先应当找到放样曲线的主要点，也就是ZY（直圆点）、QZ（曲中点）、YZ（圆直点）。α为交点JD上实地所测出的实际偏角，圆曲线的半径则往往由设计所给出。因而可以根据图1几何关系利用公式（1）、（2）、（3）、（4）计算出切线长，曲线长，外矢距及切曲差四项曲线要素：
（1）
（2）
（3）
（4）
在实际工程中，通常是根据曲线的基本要素进行放样，从而得出曲线主点，再通过已放样出来的主点进行放样，得出其他点。正因为放样时是根据已放样主点进行，所以会造成误差积累。 3.2曲线放样工程实例。若曲线各点的坐标是已知数据，则可按放样点的方法进行曲线放样。但若不知道曲线坐标，也可以将曲线条件输入手簿，由手簿解算主点和细部点的坐标进行放样。曲线要素如表。
表1 曲线要素表
JD 偏角 R T L E
K100+000.00 左偏 右偏 400.00 52.66 104.72 3.45
15°00′00″
互差最大为3.9cm，最小为0.3cm。
RTK测量结果与全站仪测量结果互差均在厘米级，其中横向最大误差△X为-2.4cm，纵向最大误差△Y为-3.1，点位用RTK进行测设，曲线的横向和纵向偏差完全可以满足工程的要求，因其不存在误差累计，故精度高。
如有误差超限的点，我们同样可以根据测量的条件，判断出误差的来源。
对于误差超限的点我们可用静态GPS进行测量后，制作摸板，标出正确的点位。
3.3 GPS技术与全站仪的配合
在GPS（RTK）定测过后，再使用全站仪进行放样，放样点的方向定好以后，照准部水平方向制动。观测者指挥立镜者在望远镜视线方向移动，当移动到适当的位置时，dHR为零，将棱镜树立垂直进行观测，dHD为立镜点与放样点之间的距离，也就是说立镜者要沿着放样方向前进dHD米放到达放样点的位置。测量数据显示在负号表示远离测站行走，正号表示朝向测站方向行走。dZ为立镜点与放样点之间的高程之差，也就是说立镜者要將棱镜抬高dZ时方为放样点的位置。负号表示欲放样点比立镜点高，正号表示欲放样点比立镜点低。这就是使用全站仪放样的方法。
进行数据检核与分析把全站仪的放样成果当作准确值，与GPS（RTK）的成果相互比较来考查其成果的准确与否。笔者使用GPS（RTK）放样的中线坐标满足了中线量距精度和中桩桩位限差的要求。因此，GPS（RTK）配合全站仪可以应用在公路施工放样中，同时也方便了公路测量施工。在适合GPS（RTK）的路段就可以用GPS（RTK），不适合的地方就可以用全站仪，都能满足公路测量施工的要求。
4、结束语
GPS-RTK系统是通过在基准站上安装GPS接收机来对数据进行连续的收集，进而使用卫星对其收集到的数据进行观测与分析，最后通过流动站对收到的信息进行处理与翻译的技术系统。经过本文的介绍与分析，相信GPS在公路放样工程中将会得到更为广泛的应用。
参考文献：
[1]高涛，安许东.GPS技术在公路测量中的应用[J].河南科技，2006（01）：35-36.
[2]薛兆元，陈向阳.GPSRTK关键技术应用的分析与研究[J].测绘标准化，2007（03）：48-49.