论文导读：GPS接收机是实现测地定位的必备条件，有单频与双频两个频段：双频机适宜于大于20km中、长基线测量，具有快速静态测量的功能，可升级为RTK功能。RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成，其具有便携性、操作简便性、观测时间短、实时可靠性、高精度等优点，完全可以满足公路工程测量的要求，在高速公路测量中蕴含着巨大的技术潜力。在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球相固联的坐标系统的坐标，以便于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，在高速公路测量工程中得到了广泛应用。
关键词：GPS，RTK，高速公路测量，精度评价
1 GPS测量概况
GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，经过20余年的研究实验，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
GPS接收机是实现测地定位的必备条件，有单频与双频两个频段：双频机适宜于大于20km中、长基线测量，具有快速静态测量的功能，可升级为RTK功能；单频机适宜于小于20km的短基线测量，适用于一般工程测量。RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成，其具有便携性、操作简便性、观测时间短、实时可靠性、高精度等优点，完全可以满足公路工程测量的要求，在高速公路测量中蕴含着巨大的技术潜力。
2 GPS测量原理
GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置点P架设GPS接收机，在某一时刻t同时接收了三颗（A、B、C）以上GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列的数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP、SBP、SCP，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的三维坐标。从而用距离交会的方法求得P点维坐标（Xp,Yp,Zp），其数学公式为：
SAP2=[(Xp-XA)2+(Yp-YA)2+(Zp+ZA)2]
SBP2=[(Xp-XB)2+(Yp-YB)2+(Zp+ZB)2]
SCP2=[(Xp-XC)2+(Yp-YC)2+(Zp+ZC)2]
式中（XA，YA，ZA），（XB，YB，ZB），（XC，YC，ZC）分别为卫星A，B，C在时刻t的空间直角坐标。在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球相固联的坐标系统的坐标，以便于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，在高速公路测量工程中得到了广泛应用。
3 GPS技术在高速公路测量中的应用
3.1勘测阶段
高速公路勘测阶段，首先要进行控制测量，其主要任务是根据路线的基本走向布设控制点，进行平面控制测量和高程控制测量，作为测绘路线地形图、定线测设和施工放样的重要基础。利用GPS卫星定位技术可以代替传统的导线法进行路线控制测量，具有布网灵活、外业观测速度快、全天候作业、定位精度高等优点,经内业处理可在统一坐标系下提供控制点的三维数据。发表论文。
3.2 RTK技术
RTK技术是以载波相位观测量为根据的实时差分测量技术，是GPS测量技术发展中的一个新突破，在高速公路测量工程中具有广阔的应用前景。RTK定位技术需要在两台GPS接收机间增设一套无线数字通讯系统，将两个相对独立的GPS信号接收系统联成有机整体。基准站通过电台将观测信息和测站数据传输给流动站，流动站将基准站观测信号进行差分处理，解出两站间的基线值，同时输入相应的坐标转换和投影参数，实时得到测点坐标，因此，RTK技术还有很强的数据处理能力（图1）。
图1 GPS-RTK系统数据流程示意图
其原理是，在精度较高的首级控制点上安置一台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续观测，并将其观测数据通过发射台实时地发送给流动观测站。在流动观测站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时通过接收电台接收基准站传送的数据，然后利用电子手簿根据相对定位的原理，实时地计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。发表论文。RTK的动态定位与静态定位两种模式相结合，在公路路线勘测设计中应用于地形图测绘、公路中线测量、纵横断面测量等，并可将数据导入计算机进行设计和绘图。
3.3 RTK技术在高速公路测量工程中的应用
3.3.1进行线路勘察设计
在高速公路选线的过程中，如何准确地选择路线使其尽量避开地势崎岖的地带及居民点和农田是一个重要问题，这就可以使用RTK技术，用车载GPS-RTK接收机做流动站，按原路中线一定方向间隔采集数据，选择另一个已知点为参考站，遇到重要地物准确定位，完毕后将数据导入计算机，利用软件可以方便地在计算机上选线。公路设计人员在大比例尺地形图上定线后，需将公路中线在地面上标定出来。采用实时GPS测量，只需将中桩点坐标或坐标文件输入到电子手簿中，软件可以自动定出放样点的点位。发表论文。
3.3.2绘制大比例尺地形图
高速公路选线大多是在1:1000或1:2000大比例尺带状地形图上进行的。应用RTK实时动态定位测量技术，只需在沿线每个碎部点上停留几分钟，即可获得每点的坐标及高程。结合点特征编码及属性信息，将点的组合数据导入的计算机，即可用南方CASS等绘图软件成图，降低了测图难度，大大提高了工作效率。
3.3.3应用RTK技术进行公路中线测量
应用RTK技术进行公路中线测量，可同时完成传统测量方法中的放线测量、中桩测量、中平测量等工作,基本作业方法是：在路线控制点上架设GPS接收机作为基准站，流动站测设路线点位并进行打桩作业。根据所设计的路线参数，利用路线计算程序和GPS配套的电子手簿计算路线中桩的设计坐标。在流动站的测设操作下，只要输入要测设的参考点号，然后按解算键，显示屏可及时显示当前杆位和到设计桩位的方向与距离，移动杆位，当屏幕显示杆位与设计点位重合时，在杆位处打桩写号即可。这样逐桩进行，可快速在地面上测设中桩并测得中桩高程。并且每个点的测设都是独立完成的，不会产生累计误差。
3.3 RTK技术在库库高速测量中的应用
RTK放样结果的精度，除受基准站点位精度影响外，还受模糊度解算误差、坐标系统转换误差等影响，我们在库库（库车—库尔勒）高速公路测量工程项目的实际放样工作中，流动站在放样施测的同时，对沿线的已知GPS控制点进行了比对（如下表1、表2所示）。
表1 全站仪与RTK同桩号坐标较差比较
桩号 坐标较差ΔX(m) 坐标较差ΔY(m) 坐标较差ΔZ(m) RTK定位所需时间
K0 +1200.0210.0250.0124
K0 +5500.0150.0190.0253
K1+5400.0010.0050.0113
K2+3400.0020.1100.0135
K4+180 0.0130.0210.0182
K6+2200.0200.0150.02515
K7+5000.0040.0060.0114
K9+380 0.0070.0020.0098
K10+0000.0170.0240.07428
表2 10km坐标较差统计表
点位合成方向较差分级C C≤0.02m 0.02m<C≤0.05m 0.05 m <C≤0.07m 0.07m<C≤0.10m
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点位数百分比494182
从表2统计的结果可以看出， RTK测量的点位精度可达厘米级，与传统测量方法相比不存在误差累积，能够很好地满足高速公路放样测量的精度要求。
4 结束语
将GPS技术应用于高速公路测量能够极大地降低劳动强度，大大提高工作效率及成果质量，非常适合于地形复杂的高速公路测量，这是传统的公路测量作业方式无法比拟的。其中，GPS-RTK技术应用于道路地形测绘、公路中线测量等工作，可方便地进行数据的传输处理，在公路勘察设计单位和公路施工单位均有重要广阔的应用前景。总之，在公路建设领域我们应加强GPS卫星定位技术特别是RTK技术的应用，以促国家高速公路建设的发展。
参考文献:
[1] 金继读. GPS—RTK配合全站仪联合进行数字化测图[J].矿山测量,2003,(4):3～6
[2] 王毅明.GPS RTK测量技术的应用与体会[J].现代测绘,2003,26(2):28-29.
[3] 付开隆. GPS-RTK技术在公路测量中的应用[J]. 矿山测量, 2007.6 80～83
[4] 方辉.GPS-RTK技术在桂梧高速公路工程测量中的应用[J].南方国土资源,2007.6(2)： 36～40
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