摘要：GPS技术在工程测量领域得到广泛应用,取得了显著的成效,这预示该技术有较广阔的发展空间。RTK定位技术的研发与GPS联合用于勘测领域,能协助相关人员在技术层面上取得重大突破,获得更精确的勘测材料,对公路项目建设提供更有效指导。结合具体工程案例,在解读GPS-RTK技术原理的基础上,重点探究该技术在公路勘测设计、路线施工放样阶段的应用。

关键词： GPS RTK 公路勘测 技术应用 施工放样 测绘学

公路项目施工阶段测量流程繁琐,放样阶段很可能滋生出欠量、超量等问题,导致工程项目在实施阶段出现较大的工程量变更,增大了业主在管理中的资金使用压力及管理压力。全站仪、水准仪均是测绘领域中常用设施,但用于放样阶段会受到技术人员水平及经验欠缺等多种因素的干扰,甚至降低精确度[1]。从宏观层面上分析,GPS-RTK技术可以被看成是GPS历经二次开发过程后形成的一种新手段,在定位快速、测量结果精确高等方面占据优势,故而在诸多领域中均有一定应用。

1、项目概况

拟建项目位于广西象州县,公路里程桩号K0+000～K8+417.365,总长8.417365km,依照招标文件规定,本项目选用集散型二级公路标准,速度40km/h,路基宽8.5m,采用双车道建设。

接到测设任务后,笔者所在公司组织技术人员在设计图纸上初步定线,粗略规划线位走廊。派遣专业人员前往项目现场,安置5s点。外业测量阶段资源投入情况如下:技术人员12名,RTK3台/套,全站仪2台,水准仪1台,电脑4台,打印机1台,步话对讲机5对,交通车2辆及他类测量用品设施。测设路线总长为8.417365km,历时25d。

2、GPS-RTK技术原理

GPS-RTK测量属于一种实时动态差分手段,用于外业测量领域中,在很大程度上保证了数据获取的时效性、高精度性,并实现实时处理,可以测算出㎝级的平面定位结果。

既往有很多资料记载[2],GPS-RTK技术能实时提供测量位点对应的三维坐标,数秒内就可以观测到结果。该系统由基站GPS接收机(1台)、流动站GPS接收机(≥1台)共同组建一个作业单位,基站所处方位固定,发射端负责接收卫星信号;流动站独立运转,动态化测算出待测位点对应的坐标。技术应用阶段对流动站与基站、不同流动站间的通视程度并没有提出严格要求,但规定流动站应具备接收由基站传递出的电台、卫星信号的功能。故而,在平整无遮挡物的区域内,交通运行便利性与否是影响流动站运转速率快慢的主要因素。

3、GPS-RTK技术在公路勘测设计与路线施工放样中的应用

3.1GPS用于首级调控

已知本项目路线走廊带内地形较为平缓,多数路段是微丘地形,地形条件对路线走向形成的影响偏小。构造线近似于南北向,局部向东或向西偏转。县内褶皱简单,断裂有微小发育。褶皱以短轴背斜、向斜为主,局部存在层间挠曲或揉皱,大小断裂超过20条,全部褶皱与多数断裂是由印支运动形成。

笔者所在公司下达的测绘主要是对中桩、界桩进行放样,并调查权属情况,严格依照相关勘测规范落实各项作业任务。本次测量活动通过对已知位点进行联测,顺沿设计路线共安置了280个GPS位点,将其统一设定为本次测量活动的首级控制点,外业测绘阶段要求所有人员统一使用静态测量模式,图形均选用边联式构网,设定线边的有效观测时间≥40min,图形几何强度因子(PDOP)始终<6,卫星持有的高度角≥15°,卫星观测有效数≥5,采用Gpsurvey专业软件对观测数据的基线予以测算处理;针对以上过程中形成的平差,拟定选用TGO平差软件实施网平差处理[3]。外业测绘阶段设定GPS最小点位误差±1.1cm,与GPS精确度要求相匹配。

以GPS网平差为基础,组织技术人员在测绘区域按照统一的间距要求选用6个四等点,将以上位点对应的54北京、WGS84坐标整合至专业软件内,测求本区域以上2个不同坐标之间对应的转换参数,而后将有关参数信息存储在接收机的电子手簿内,利用软件并严格依照相关规程加以处置,动态输出。

3.2中线放样

在3.1内涉及的控制测量工作结束后,严格遵照施工技术要求,在软件自配模块的协助下开展规范化的线路设计工作。软件会按照有关要求智能化测算出曲线长度等线路指标,测算工作结束后,将全部信息整合至外业控制器内,技术人员要结合有关规定要求,布设部分基准站、流动站与电台等设施,随后就可步入到施工放样工序。放样阶段,控制器软件能够智能化地呈现出与精准度相关的信息,若可以确定当坐标偏移量处于限定区间时,就要立即存储测量位点对应的三维坐标。

3.3比较GPS-RTK和全站仪放样法

联合使用GPS-RTK技术与全站仪,全站仪参与放样、补桩过程。本工程测量阶段,选用的仪器标准精度测角、测距依次是±2”、±(3mm+2ppm),依照初有1:2000带状地形图设定的内容,顺沿设计线设定需要增设桩体地段地形走势,并掌握规划长度内各个桩体对应的坐标,共同构建数据文件[4]。而后,以标准化通信流程、编缉格式为支撑,将放样位点对应坐标、控制位点成效信息整合至全站仪内,有效规避了人工操作阶段形成的偏差。RTK在用于公路项目勘测领域中,放样单个点位历时≤4s,精准度达到了1～3cm,并且测绘全过程无需通视,这是常规测量设施难以比拟的。

3.4分析GPS-RTK测点的精确度

RTK参与外业勘测活动中,流动站务必处于已知测量控制位点上这是最基本的要求,也是必须达成的内容,只有这样方能动态化检测、审核测量过程的准确度,判断转换参数测算结果与参数规划情况的准确度。对本项工程10个测量点位静态GPS、GPS-RTK测量结果统计后,测算差值。发现在提取的检测数据内,最大平面差对应值为0.012m,高程差最大值为0.031m,动态测点平面内形成的误差是±0.008m,高程误差是±0.021m[5]。综合分析后,断定测量结果的精确度处于较高层面上,与工程自身提出的要求相匹配。

3.5分析误差来源

笔者在测绘实践中发现,对RTK观测结果准确度、稳定性形成影响的因素较多,以卫星数目、卫星图像、气候条件、基线长短及软件性能等较为常见。为消除不同的误差源,要求技术人员积极采取差异性策略加以处理。比如,针对卫星图像,可以结合软件自带的预测功能查阅后续状况,进而更有针对性地完善测绘计划。

4、结语

将GPS-RTK技术用于公路勘测领域中,能实现实时定位,且精确度、效率均处于较高水平,可以被看成中国高等公路施工技术层面上的重大创新、突破,特别是RTK技术的研发,可用于公路项目测量、施工及运营阶段管护等过程中,提升公路项目的经济效益,为国民经济持续发展服务。