RTK测量技术在桥梁工程中的应用

摘要：本文具体阐述了RTK技术的测量原理，并结合在开元互通立交中的实际应用，介绍了RTK技术的优缺点、精度分析及操作注意事项等技术要点。

关键词：RTK技术;测量原理;技术要点

1 前言

随着科学技术的飞速发展，RTK测量技术在工程施工中得到了广泛应用。先前工程中使用的经纬仪、全站仪已日渐退出市场，RTK技术由于其作业方法非常灵活，工作效率高，使其在工程测量等领域迅速得到推广应用。尤其在地形复杂，工作量比较大的桥梁工程中，更突显了其强大的优越性。

2 RTK测量原理

实时动态载波相位差分GPS测量是指在运动状态下通过跟踪处理接收卫星信号的载波相位，从而获得一常规差分GPS测量高得多的定位精度。为了和常规的码相位差分GPS相区别，称实时动态载波相位差分GPS为RTK 。如图示：

RTK的关键技术在于数据处理和数据传输，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据及已知数据传输给流动站。随着科学技术的不断发展，RTK技术已发展到了广域差分系统WADGPS，部分城市建立起了CORS系统，大大提高了RTK的测量范围。在仪器方面，现在的仪器不仅精度高而且比传统的RTK更简洁、更容易操作。

RTK—动态载波相位差分GPS，工作原理分为两部分。

2.1 实时载波相位差分

我们知道，在利用GPS进行定位时，会受到各种因素的影响,为了消除这些误差,必须使用两台以上的GPS接收机同步观测.GPS静态测量方法是各个接收机独立观测，然后用后处理软件进行差分解算。对于RTK测量来说，仍然是差分解算，只不过是实时的差分计算。

也就是说，两台接收机(一台基准站，一台流动站)都在观测卫星数据，同时，基准站通过其发射电台把所接收的载波相位信号发射出去;流动站在接收卫星信号的同时也接收基准站的电台信号;这两种信号通过流动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确地定出基准站与流动站的空间相对位置关系。在这一过程中，由于各种因素的影响会有误差，即为仪器固定误差,一般为平面1cm+1ppm。

2.2 坐标转换

空间相对位置关系确定后，还要把空间相对位置关系转换到我们需要的坐标系中。由于GPS直接反映的是WGS-84坐标,而我们工程中用的是北京-54或西安-80坐标系,因此还要通过坐标转换把GPS的观测成果转变成我们需要的坐标。平面坐标转换采用先将GPS测得成果投影成平面坐标系中，再用已知控制点计算二维相似变换的四参数，坐标转换也会带来误差，此误差主要取决于已知点的精度及分布情况。

3 RTK在桥梁工程中的实际应用

潍坊市开元互通立交工程位于潍坊市寒亭区开元街办，东经180°57′～119°25′北纬36°42′～37°10′范围内，工程造价2.5亿元，是潍坊市首座全苜蓿叶互通式立交，也是潍坊市第一座地标式建筑。全桥共分三层，地面层为非机动及人行道，中间层是北海路南北向直行跨线桥，及八个左、右转匝道，顶层为北环路东西向直行跨线桥。该工程位于北海路与北环路交叉口，车流量大，这就对工程测量提出了更高的要求。

该桥平面位置复杂，放样工作尤为繁重。利用RTK测量技术不仅节约了放样的时间，提高了测量精度及工作效率，也使放样工作走上了自动化轨道。操作过程如下：

1.架设基准站注意事项，基准站架设的质量高低将会直接影响到移动站观测的精度、速度等，用户在进行架设基准站时必须满足以下条件：

1)在10°截止高度角以上的空间中必须没有障碍物如高压线、树木等。

2)附近有强电磁辐射源，如电视信号发射塔、雷达电视发射天线等，以免造成对RTK信号的干扰，周围发射源离其距离不应小于200m。

3)基准站最好安置在地势相对较高的地段以增大电台的作用距离。

4)基准站选取点所在地地面应稳定安全易于点的保存，如在项目部、当地派出所、土管所等的院内设置。

2.开启流动站主机，在接收卫星数目达到5颗以上时，开启蓝牙，与基准站连接并设置相关参数:工程名称，椭球系名称等;输入3个以上的控制点坐标,解算或用软件(坐标转换)处理后建立起控制网。

3.地形图的测量，桥梁工程中的地形图测量包含工程可行性论证阶段的比例尺1:50000和1:10000的地形图以及工程初步设计、施工阶段的1:1000或1:500的地形图的测量绘制工作。控制点的布设应选择静态测量，地形图测量时应用RTK进行测量。RTK作业简便，仅需一人便可完成。

4.桩位放样：在流动站手簿上选择“放样—点放样—输入坐标”然后按照手簿上箭头指示的方向前后左右移动，最后确定点的位置。

RTK在工程放样方面具有着其他测绘仪器远不能相比的优越性，除进行普通的点、直线、曲线放样模式外，还具有道路元素模式和交点模式。道路元素分为：点、直线、缓曲线、圆曲线。各种元素的组合要遵循道路设计规则。要根据界面提示添加相应的数据信息，如：点要素就只需要输入X坐标和Y坐标，直线元素只需要输入方位角和长度。在交点模式下，用户仅需输入线路曲线交点坐标及相应路线的缓曲长、半径、里程等信息，就可得到要素点、加桩点、线路点的坐标，以及直观的图形显示，从而可以方便的进行线路的放样等测量工作。

4 RTK技术的优缺点

RTK技术的优点：

高精度：采用高性能双频机平面位置偏差可达到1cm+1PPm ;

实时性能：在现场即可得到三维坐标，并能实时放样出设计坐标;

轻便灵活：设备都非常轻便，只有几公斤，搬迁安装非常灵活;

全天候作业;不要求点与点之间彼此通视;日夜均可作业;测线长度不受限制;所需测量人员少，成本低;自动化集成化高，提高工作效率。

RTK技术的不足：

受卫星状况限制在对空遮挡比较严重的地方GPS 无法正常应用;

受电离层影响;

受数据链电台传输距离影响;

受高程异常问题影响，高程精度较低;

5 精度分析

(1)测量成果对比

1)实际应用中，RTK与全站仪平面测量成果对比

 

设计值（m）		全站仪测量量值（m）		误差1（mm）		RTK测量量值（m）		误差2（mm）
X	Y	X	Y	X	Y	X	Y
4072680.049	498925.841	4072680.049	498925.841	0	0	4072680.048	498925.843	0	2
4073017.472	499433.238	4073017.477	499433.251	5	13	4073017.48	499433.255	8	17
4072998.262	499244.39	4072998.259	499244.398	-3	8	4072998.26	499244.398	0	8
4073069.797	498802.43	4073069.780	498802.419	-17	-10	4073069.781	498802.435	-20	5
4073028.348	498797.037	4073028.339	498797.031	-9	-10	4073028.34	498797.048	-10	11

 

由上表可以看出，在精度上，RTK测量不存在误差累计现象，RTK与全站仪测量测量精度相差无几，且RTK和全站仪进行平面坐标放样都能满足所需要的精度要求，这就充分肯定了RTK测量技术在桥梁工程中的应用。

2)实际应用中，RTK与水准仪高程测量成果对比

 

高程设计值（m）	水准仪测量值（m）	误差1（m）	RTK测量值（m）	误差2（m）
15.561	15.559	-0.002	15.541	-0.02
15.423	15.423	0	15.438	0.015
15.021	15.023	0.002	15.001	-0.02
14.898	14.904	0.006	14.871	-0.027
15.011	15.013	0.002	15.018	0.007

 

由上表可以看出，使用RTK进行高程测量时存在一定的偏差，测量成果不能满足规定的精度要求，所以在进行高程测量时，仍建议使用水准仪。

(2)精度分析

影响RTK定位精度的误差因素：

首先，卫星轨道不精确，RTK接收器无法获取精确的卫星位置。

其次，卫星携带时钟误差。

第三，接收器及周围物体反射一部分信号，对主信号造成干扰。

第四，RTK信号在通过电离层和对流层时，可能会造成误差。

第五，RTK接收器及周围电路会产生一些电噪声。

障碍物不仅会使卫星信号减弱，还有可能完全阻挡信号，使接收器无法接收到卫星信号。如：在房角边缘或树林中，RTK接收器可能只能收到几个卫星的信号或没有信号，这都对RTK定位精度产生影响，因此，在实地测量，特别是精度要求比较高的工程中，应尤其注意。

6 总结

RTK技术是当今GPS技术发展的高新技术，尤其使工程测量技术发生了质的飞越，带来了空前的高效率并迅速应用到工程中的多个领域。当前，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—CORS系统已成为城市GPS应用的发展热点之一。国产RTK价格便宜、精度高，可以满足测量生产的精度要求，RTK技术前景十分广阔。

参考文献

[1] 周忠谟，易杰军，周琪等，GPS卫星测量原理与应用。北京：测绘出版社，1997.1

[2] 李青岳，陈永奇等，工程测量学。北京：测绘出版社，2008.8

[3] 中华人民共和国行业标准，公路桥涵及施工技术规范(JTG/TF50—2011).北京：人民交通出版社，2011.8.1

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