GPS和RTK技術在市政施工中的應用

張劍峰

摘 要：隨著現代測量技術的快速發展，GPS技術應用的范圍越來越廣，發揮的作用也越來越重要。市政施工受制于施工區域小、測量范圍廣，地形復雜，信息數據處理較多等因素影響，采用傳統的測量方式工作量大，數據處理難度較大。通過將GPS技術與RTK技術綜合運用，可以有效提高市政工程的施工效率。本文就GPS-RTK技術在市政施工中的應用進行了探討，以為實際工作提供參考。

關鍵詞：GPS RTK 市政施工

近年來，隨著國家對市政工程施工的要求和標準越來越高，市政工程在施工過程中對測量的精確度有了新的要求。因此，應用新的工程測量技術成為提高市政工程施工質量的重要保證?？紤]到市政工程測量的特點，利用GPS-RTK測量技術可以打破傳統測量方法的局限性，更好地適應現代化的要求，同時也給道路測繪領域的發展帶來了一場技術革命，具備的優勢不可低估。

一、GPS-RTK技術基本原理

1.GPS技術

全球定位系統（GPS）的基本原理是根據無線電測距交匯原理，通過利用衛星上的無線電發射裝置發射的定位信號，確定測量點的位置。GPS 擁有實時性導航定時、定位功能，還具有連續性、全天候、全球性等特性，從而能夠更加精密地提供時間、三維坐標、速度。GPS-RTK技術（GPS - real time kinematic），即實時動態 GPS 測量技術，以載波相位測量為依據，并把載波相位測量和數據傳輸技術完美結合起來。這種實時差分 GPS 測量技術，是 GPS 測量技術發展中一個新的重要突破。

2.實時動態定位系統（RTK 測量技術），主要是由無線電數據傳輸鏈、一個基準站和若干個流動站等三大部分組成的，該測量技術的應用原理就是取一個點位精度相對較高的首級控制點當作基準點，在流動站上設置一臺接收機當作參考站，從而能夠對衛星連續性地作出監測，并將接收于基準站上的觀測數據，通過無線電傳輸設備根據相對定位的原理，在計算機上實時計算顯示出這些流動站的測量精度和三維坐標。

3.RTK 系統中的基準站，一般情況下會選擇一個擁有地勢較高、視野開闊等特性的已知控制點上進行設置，它的功能就是連續性地跟蹤觀測 GPS 衛星，并將基準站坐標、載波觀測數據及偽距觀測值等通過無線電數據傳輸鏈實時地發送給各個流動站。流動站上的接收機不僅可以采集 GPS 觀察數據，還能夠接收基準站傳來的數據，并且能夠實時處理在系統內組成的差分觀測值，最后就可以得出來自基準站和流動站的基線向量，如果用最后得出的基線向量再加上基準站的坐標就可以得到流動站所有點的坐標，再利用坐標轉換參數原理，可以計算出流動站的三維坐標，精度能夠達到厘米級。

二、市政工程施工的特點

1.施工復雜程度高。市政工程建設需要在不同的區域、地理環境進行，特別是很多時候需要人流比較密集、建筑物比較集中的環境展開，而且因為受地質環境、水文條件、氣候等自然因素的影響，因此在施工過程中需要協調環境與工程項目的關系，以促進工程施工管理的發展。除了與自然環境相適應之外，市政工程施工管理需要組織施工人員、建筑材料以及施工設備之間的管理。由于市政工程在施工的工程中，危險性大、情況復雜、而且要消耗大量的人力物力，因此提高現場施工管理水平就顯得尤為迫切與需要。

2.施工作業難度較大

與其他類型的工程施工相比，市政工程在施工過程中存在很多不缺因素，涉及到路、橋、水、電、管道等多種因素的影響，作業難度較大。同時，在市政工程的施工中工作場地一般都很狹小，并且地下的管道線路也很繁多。市政工程建設的上述特征，致使市政工程的建設期間需要面對很多突發意外。附近條件、地下管網和材料質量都會對市政工程的建設產生不利的影響。也有許多外在因素比如：施工原材料的緊俏程度、質量價格、以及承建單位的技術能力的考察、原材料的供貨渠道是否暢通等。且市政施工工程作業涉及工程改造，整治、項目維護涵蓋建設點多、面廣有純人工有機械作業加人工作業等安全生產極為困難，稍有不慎就會造成人身傷害。因此.市政工程施工作業難度極大.安全生產管理方面的問題難度必然加大。

3.施工作業管理涉及面較廣

城市建設離不開市政工程.而市政施工涉及到建設項目點多面廣、施工場所變化多端，譬如，立交橋、轉盤路、排水洞等等項目施工有的工期長、有的屬于季節性，修補工程、改善項目、新設場地，施工工作形式多樣、工序繁雜給安全生產管理帶來諸多不便。且施工人員多為農村的打工人員其流動性強，不具有施工安全保護方面的能力，安全意識也不夠。施工作業環境復雜如：露天工程、地下作業，受交通、氣候的影響較重，更給市政施工工程的管理工作帶來了嚴重的影響。

三、GPS-RTK技術在市政工程施工中的應用

1. 地形測量

由于RTK測量隨時都能顯示當前位置的三維坐標，因此可利用GPS-RTK來測量地形地物點，并記錄該點的序號和特征值，內業采用數字化成圖軟件，實際作業中對獨立地物的測量序號應盡量連續，如測量房屋，應圍繞房角至少測2個（對角線）或3個點，測量池塘要連續測完，并注明從xx～xx詳細代為何地物，和現場勾畫草圖且標明施測點序號。外業結束后，再根據草圖繪制地形圖。由于采取勾繪草圖與清繪為同一個人，對自己所測過的點都十分清楚，若記不清時，應在第二天去實地核查，這樣就容易把一天所測的地形地物進行內業成圖。

2. 工程控制點測量。由于是屬于市政一般道路工程，可采用GPS RTK實時動態測量，即可滿足要求。這種方法在測量過程中能夠實時獲得定位精度，即可停止觀測，大大提高了作業效率。由于RTK控制點之間不要求必須通視，使的野外控制點測量更簡單方便。由于GPS-RTK定位的數據處理過程屬于計算基準站和移動站之間基線向量（坐標差）的過程，不存在網平差處理，所以精度平定跟靜態測量基線處理的精度評定相似。一般使用指標為：①載波相位的整周模糊度是否固定，GPS-RTK測量儀器的標稱范圍，一般規定移動站距基準站的距離不能超過15 km，因為在15km之內RTK數據處理的載波相位整周模糊度能夠得到固定解，這樣定位精度才能達到厘米級；②均方根（RMS），RMS在這里表示RTK定位點的觀測值精度，是包括約70%的定位數據的誤差圓半徑，根據實際情況，在城市測量實際作業中，一般把基準站與移動站的距離控制在6 km之內。只有點位觀測值精度達到要求時，載波相位的整周模糊度才能得到固定解，坐標精度才能滿足精度要求。一般使用平面和高程兩種均方根：①平面均方根HRMS，表示平面坐標的定位精度；②高程均方根VRMS，表示高程坐標的定位精度。endprint

3.在管線紅線放樣中的應用

隨著城市經濟的不斷發展，城市的基礎設施建設工作逐漸成為人們關注的主要對象。社會發展中的各項技術發展水平，對城市建設工作起到了至關重要的作用。其中市政工程的放樣工作對于技術的要求更高。不僅需要進行精準地測定，還需要提升建設工作的速度和效率。實際的工程放樣需要依靠硬件和軟件的共同作用，比如，在RTK手簿程序中輸入所施測點的坐標值，然后根據實際方位走向到達輸入點位坐標的位置，到此放樣完成。從其發展趨勢上可以看出，技術類型逐漸朝著智能化和自動化的方向發展。在應用相關軟件的過程中，需要以數字化的測繪產品作為支撐。同時建立科學規范的數據鏈，還應該實現對數據信息的傳遞，進而提升測量的準確性。

但是在實際的應用中，管線的紅線放樣技術也會受到諸多因素的影響，因此，工作人員需要對測量的設備和技術加強重視。在作業難度相對較大的情況下，不得不應用到GPS技術，這樣可以有效的提升工作的準確性。在實際的工程測量中，采用RTK技術已經成為一種普遍的趨勢，這種技術是對GPS技術的補充。這是一種典型的動態定位系統，可以設計到GPS技術所涉及不到的死角，具有較為廣闊地發展前景。

四、測量誤差的處理

RTK測量的誤差一般可分為兩類，包括與測量站有關的誤差和與距離有關的誤差。天線相位變化、多徑誤差、信號干擾以及氣象因素等是與測量站有關的誤差。軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差是與距離有關的誤差。在RTK作業前，在測區布設一定數量的靜態GPS控制點，與高一級的GPS點聯測，獲得這些GPS控制點的WGS-84坐標和地方坐標系坐標，并根據測區大小，選取3個以上且分布均勻的GPS控制點作為基準點，直接利用GPS控制器內置的實時處理軟件或后處理軟件求解坐標轉換參數。

如具備或能獲取測區內原有GPS控制點的成果和資料，可選取測區內三個以上具有WGS-84坐標和地方坐標的已知控制點作基準點，直接利用隨機軟件求解坐標轉換參數。

五、結語

現代測量技術的快速發展，使市政工程施工的效率、質量等得到大幅提升。GPS-RTK技術可以有效提高施工的整體性，降低工程施工中因測量出現問題的幾率，具有更強的實用性和更加廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1] 許志強，曹錄. GPS - RTK 技術在地形測量中的應用[J]. 中國科技博覽，2009，（08）

[2]郭玉波.探討市政工程項目管理的質量控制[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2010（7）.

[3]寧津生、陳俊勇、李德仁、劉經南、張祖勛等編著測繪工程概論[M].武漢：武漢大學出版社大學出版社，2008.

[4]余學祥，徐紹銓，呂偉才.GPS變形監測數據處理自動化——似單差法的理論與方法[M].徐州：中國礦業大學出版社，2004.

[5]韓峰，李斌，王保成. GPS-RTK 技術及其在鐵路測量中的應用[J].蘭州.蘭州鐵道學院學報，2003，22（6）：69 ～ 72

[6]張瑜.RTK測量技術及應用[J].江蘇省測繪學會2003學術年會專輯，2003，3（8）：47-49.

[7]徐紹銓，張華海，楊志強，王澤民.GPS測量原理及應用[M]. 武漢：武漢大學出版社，2003.endprint