GPS定位技术高速公路施工放样的应用.docx
《GPS定位技术高速公路施工放样的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPS定位技术高速公路施工放样的应用.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
GPS定位技术高速公路施工放样的应用
河南工程学院毕业设计
GPS定位技术高速公路施工放样的应用
摘要
RTK技术是GPS 测量技术与数据传输技术的结合，是GPS 测量技术中的一个新突破。
文章阐述了RTK的发展背景、含义、系统的组成以及其在测量领域内的应用与优缺点。
GPSRTK技术以其高精度、高效率、易操作、费用低以及仪器轻便等特点被广泛应用于各种控制测量、地形测量、施工放样等方面。
虽然在测量项目中RTK技术与传统的测量方法相比具有其不可替代的优势，但由于易受外界环境的干扰，所以在观测过程中应认真的对待周围的观测条件和卫星数量，确认基准站与流动站的输入项与设置均正确无误，结合实际考察误差来源以取得最好的观测结果。
由于GPS所采集的是WGS-84坐标，在向地方坐标系转换的过程中必然导致转换模型误差和已有控制误差的引入，并且在实际的工作过程中，常用的是正常高系统，而GPS所采集的则是基于椭球面的大地高，在大地高向正常高转换的过程中，由于转换方法的不同必然导致高程精度有所差异，因此必须重视对水平精度和高程精度的合理评定。
本文结合实际，举例具体说明其在铁路定测作业模式中的应用。
提出了运用GPSRTK技术获取观测信息的新方法。
并对RTK技术在铁路图根控制测量、碎部测量中的操作步骤及注意事项做了必要的说明；同时详细的进行了该技术与常规测量方法的精度比较。
关键词：
RTKGPS公路定测精度分析
Abstract
TechnologyofRTKiscombinedwithtechnologyofsurveyandtechnologyofdatatransform，whichisanewwaytotheGPSsurvey.Thearticleexpoundsthebackground,meaning,systemofRTK，anditsadvantagesandshortagesinthefiledofsurveying.ThetechnologyofGPSRTKiswidelyusedinallkindsofcontrolsurveys,topographysurveysandconstructionlayoutforitshighprecise,highefficient,easilyoperate;lowcostandthelightweighoftheinstrumentandotheradvantages.AlthoughintheitemsofsurveythetechnologyofRTKhastheadvantageswhichdohaveinthenormalways,wemustpayattentionsonthesurveyconditionandthenumbersofthesatellitesduringthesurveybecauseitiseasilydistributedbytheconditionofthesurveyarea,makesurethattheitemsofputtinginandsettingupofthebasestationandmobilestationareallright.Wecanfindthesourcesoftheerrorssoastogettingthebestsurveyresultsaccordingtotheactualsituation.TherearesurelythetransformedmodelerrorsandtheexitederrorsintroducedwhentheyaretransformedtotheLocalcoordinatebecausethecoordinatesarecapturedbyGPSwhichisinWGS-84coordinates.Intheactualworkprocess,thesystemofNormalHeightiswidelyused,butGPSacquisitionearthheightwhichisbasedontheellipsoid.ItmustpayattentiontotherightanalyzeofthelevelpreciseandheightprecisebecauseofthedifferentwaysoftransformwhichsurelyleadstodifferentheightpreciseduringtheearthheighttransformstotheNormalHeight.ThearticlegivesomeexamplestoillustratetheeffectofthetechnologyofRTKappliedintherailroad
surveymoodaccordingtoactualsituation.Anditpointsoutsomenewwaystogetthesurveymessages.AnditdoesthenecessaryillustrateoftheoperatestepsandsomethingwhichmustbepayattentiontooftechnologyofRTKappliedinrailwaycontrolsurveys,Constructionsurveys,inthesametimeitalsoexactlycomparesthepreciseofthetechnologyofRTKwithnormalwaysofsurveyinthepaper.
Keyword:
RTKGPSRailwaySurveyPreciseEvaluation
目录
摘要不作为章节在目录中出现，把这个问题改正后就可以定稿打印了！
摘要······················································································································Ⅰ
Abstract······················································································································Ⅱ
前言······················································································································1
第一章测区概况·········································································································2
第一节工程介绍·······································································································2
第二节工程地质·······································································································2
第二节气候特征·······································································································3
第二章GPS技术的工作原理及优点··································································3
第一节GPS技术的工作原理·····················································································3
第二节GPS的优点····································································································4
第三章GPS技术在公路施工放样中的应用·····························································5
第一节准备工作·······································································································5
第二节测量实施·······································································································9
第三节精度评析·····································································································15
第四章注意问题········································································································17
第五章结束语············································································································17
参考文献······················································································································19
前言
随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK（Real Time Kinematic）测量技术也日益成熟。
GPSRTK技术以其高精度、高效率、易操作、费用低以及仪器轻便等特点被广泛应用于各种控制测量、地形测量、施工放样等方面。
在地形复杂，通视情况较差，导线测量有困难的测区，RTK可以代替传统的三角网、导线网等方法，且相对导线测量可以大大缩短作业时间。
目前的GPS测量技术难以替代传统的精密几何水准测量方法。
但在平缓地区，利用RTK高程曲面拟合技术的方法测量图根控制点、碎部点，完全可以满足大比例尺地形图的测图精度，大大节省作业时间。
第一章测区概况
濮范高速公路项目是河南省“十一五”规划的范县至辉县高速公路主要部分，也是濮阳市构建区域交通骨架体系的重点项目。
该项目建成后，将和京港澳国家高速公路、大广国家高速公路、濮鹤高速公路、德商高速公路形成一条从豫北、中原城市群以及晋东南至山东济南、青岛等渤海沿岸经济圈的快速通道，将为“联网三省高速、打通豫鲁快捷人口、形成晋豫渤运输通道、缓解区域路网压力”发挥重要作用，为促进省际之间的物资往来和人员流动以及带动河南省及濮阳经济发展发挥巨大的区域优势。
第一节工程介绍
濮范高速西起大（庆）广（州）高速公路，向东依次经过高新区、华龙区、清丰县、濮阳县、范县，止于拟建的（山东）德（州）（河南）商（丘）高速公路，全长55．6公里，其中大桥6座，中桥11座，小桥2座，涵洞71道，通道103道；设计采用双向四车道高速公路技术标准，设计行车速度100公里／小时，路基宽26米，路面面层采用沥青混凝土结构，全线占地325．136公顷（4877亩），批复概算总金额213795万元。
濮范高速公路已于2006年12月25日开工奠基。
项目工期为32个月，预计2009年8月份建成通车。
跨濮范高速特大桥位于河南范县、濮阳县境内，桥梁施工起止里程为D1K105＋312.630—D1K107＋611.630，中心里程为D1K106+462，全桥长2299m,32m简支T梁63孔，（40+56+40）m连续梁1联。
在D1K105+880处跨越101省道，其夹角约为45度，为连续梁施工。
80米钢桁梁一孔，在D1K107+100处跨越濮范高速公路
。
第二节工程地质
本桥穿越101省道，濮范高速公路，地势较为平坦。
地层主要为第四系全新统冲基层以及第四系上更新统冲基层，由粉质黏土、粉土、砂类土组成。
粉质黏土：
黄褐色，软塑，局部夹砂土等。
厚度约0.5～14.2m,呈层状产出。
粉土：
厚度约0.6～12.6m，含少量粉细砂。
砂类土：
厚度约1.4～19.4m，以黏性土填充。
桥址地下水主要为第四系孔隙潜水。
孔隙潜水：
以第四系孔隙潜水为主，部分地段稍具承压性，主要赋存于第四系冲击层中。
第四系砂类土层透水性、富水性强，该层孔隙潜水的补给与排洪区基本一致，以水平径流为主，径流途径较长，水量受地表水、大气降水补给和影响，具有明显的季节变化特征。
勘察期间测得地下水位埋深4.2m～7.8m，地下水位高程39.65～42.58m。
第三节气候特征
施工段途经地区属暖温带亚湿润区；四季分明，冬长夏短；春季干燥多风，夏季庞大，另一方面还在于神经元能够对输入信号进行非线性处理。
因此，对图1-1可进一步建立起更接近于工程的数学模型。
炎热，雨量集中，秋季凉爽湿润，冬季寒冷干燥，雨雪偏少。
受大陆性季风制约，冬寒干燥，春季多风，夏热多雨，秋季天高气爽，具“春旱、秋涝、晚秋又旱”特征，年平均气温介于12～15℃，年平均降雨量介于500～840mm，集中在7～9月
第二章GPS（RTK）技术的工作原理及优点
第一节GPS（RTK）技术的原理
RTK定位技术就是基于载波，通过相对定位模型获取所在点相对于基准点的坐标和精度指标。
相位观测值的实时动态定位技术。
在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。
流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，用户输入相应的坐标转换和投影参数，可以实时得到精度达到厘米级的定位结果。
RTK定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS定位技术，实施动态测量。
在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。
流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时通过输入的相应的坐标转换参数和投影参数，实时得到流动站的三维坐标及精度。
应用RTK技术进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（如伪距或相位观测值）及已知数据 （如基准站点坐标）实时传输给流动站GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到 四颗卫星后，可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。
这比GPS静态、快速静态定位 需要事后进行处理来说，其定位效率会大大提高。
故RTK技术一出现，其在测量中的 应用立刻受到人们的重视和青睐。
GPS定位技术系统配置包括以下三部分：
1、基准站接收机；2、移动站接收机；3、数据链。
基准站接收机设在具有已知坐标（也可无已知坐标，地势较高）的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站的坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去，移动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，通过OTF（ONTHEFLY）算法快速求解载波相位整周模糊度。
第二节GPS（RTK）的优点
应用GPSRTK技术进行铁路定测具有如下优点：
1、常规的中线测量总是先确定平面位置，而后再确定高程。
即先放线，后做中平测量。
GPSRTK技术可提供三维坐标信息，因此在放样中线的同时也获得了点位的高程信息，无须在进行中平测量，大大的提高了工作效率。
2、目前GPSRTK基准站数据链的作用半径可以达到10-20km，因此整个线路上只要布设首级控制网，如一、二级导线等，只要保存好首级点，即可随时放样中线或恢复整个线路，因此也不必担心一些重要桩位如交点桩的遗失而给线路测量带来困难等。
3、GPSRTK基准站发出的定位信息，可供多个流动站使用，而流动站只需一个人单独操作，这就大大节省了人力，提高了功效。
4、在GPSRTK定线测量中，首级控制网直接与中线桩点联系，不存在中间点的误差积累问题，因此能达到很高的精度，适合高等级线路工程的要求。
5、RTK技术能够在野外达到厘米级的定位精度。
RTK技术能够减少野外观测时间，实时的给出差分定位结果，历时不到1s，更为重要的是，由于RTK技术是实时给出每一历元的定位结果，测量人员可以监测基准站与测站观测结果的质量和解算结果的收敛情况提高了GPS测量工作的可靠性和高效性，避免测量结果有误差带来的重测工作量。
第三章RTK技术在公路施工放样中的应用
GPSRTK技术在野外测绘中有很多的应用，现仅以RTK技术在公路测绘中的应用为代表详细的说明RTK技术在现代测量中的重大作用。
本作业于2010年对河南省濮阳至范县高速进行定测。
该专用线全长55.6km，测区地势平坦，除几处外都较适合GPS-RTK测量。
作业时将基准站设在大致全线中心处，距离最远待放样点7km多,满足作业要求
。
第一节准备工作
在线路初测时应首先建立控制网，一般应采用静态GPS定位技术建立首级控制，同时也建立了RTK作业的基准站网络，在沿线还应布设一些GPS水准点，以利于进行高程的转化。
目前的RTK技术产品一般都具有坐标放样、直线及圆曲线测设等功能，因此能够进行定线工作。
首先应在室内根据设计数据计算出各待定点的坐标，包括整桩、曲线主点、桥位等加桩，然后将这些数据送到手持机中，有了坐标以后在实测前还应作坐标转换参数的计算，以便把GPS测量结果转换到工程采用的坐标系统。
有了转换参数便可在野外进行测设工作。
2010年11月在河南省濮阳至范县高速公路第八标段路段进行了定线测量的试验。
当时该路段已进入施工阶段。
具体步骤如下：
1、计算各待定点的坐标。
根据线形设计数据及待定点的里程按本节阐述的线路中线点位坐标计算的模型可计算出各整桩和加桩的设计坐标。
也可用已有的成熟软件进行计算。
试验时采用的坐标数据由辽宁省交通设计院提供。
2、将测设点的坐标输入到手持机中。
设计坐标数据可由一定的软件输送到手持机中，也可由人工直接在手持机上进行数据输入，但人工输入工作效率较慢且容易出错，不适合于大量点的输入。
由于试验时的数据量较小，因此采用人工输入，试验结束后成功地进行了由软件传送数据的尝试。
3、选择作业时段：
公路沿线地物地貌复杂多变，为获取完整的数据，必须根据卫星可见预报和天气预报选择最佳观测时段。
卫星的几何分布越好，定位精度就越高，卫星的分布情况可用Planning软件查看多项预测指标，根据预测结果合理安排工作计划。
4、建立测区平面控制网：
根据中线放样资料，用GPSRTK技术建立测区控制网。
在测区范围内找出已知点，根据设计计划书，通过坐标正反算计算出若干控制点（这些控制点分别布设在待测铁路的两侧）。
相邻点间间距5－8km，并与国家点联测，求出各控制点平面坐标，同时投影变形不得不考虑，变形的程度与测区地理位置和高程有关，铁路线路短则数十千米，长则上千千米，跨越范围广，线路走向、地形情况千差万别，长度变形各不相同。
在3度投影带的边缘，长度变形可达
以上，导致中线桩由图上反算的放样长度与实地测量长度不一致，无法满足放样要求。
因此必须采取相应的措施消弱长度变形。
在该线路测量中应用GPS技术的形式是沿设计线路建立狭带状控制网。
目前主要有两种情况，一种是应用GPS定位技术替代导线测量；一种是应用GPS定位技术加密国家控制点或建立首级控制网。
在实际生产中较多地运用了后者。
5、布网形式：
根据《测量技术规程》规定，1：
2000比例尺地形图测绘起、闭于高级控制点的导线全长不得大于30KM（公路线路一般规定≤布设10km）。
据此铁路GPS线路控制网布设应满足以下几条：
（1）作为导线起、闭点的GPS应成对出现；
（2）每对点必须通视，间隔以1km为宜（不宜短于200m）；
（3）每对点与相邻一对点的间隔不得大于30km。
具体间隔视作业条件和整个控制测量工作计划而定，一般5-15km布设一对点。
这些点均沿设计线路布设，起图形类似线形锁。
图1显示了官柴线延长至新安煤矿铁路专用线GPS控制网的布设图形：
图1测区GPS控制网的布设图形
GPS定位测量是为初测导线提供起闭点。
GPS网由11个大地四边形和两个三角形组成。
待定点（GPS控制点）20点为10个点对，相邻点对间平均距离18km。
联测了六个国家控制点，选用其中5个点作为已知点参与平差。
为了提高勘测精度和便于日后勘测工作的开展，在构建GPS控制网时在以下地段布设GPS点对：
（1）线路勘测起讫处；
（2）线路重大方案起讫处；
（3）线路重大工程，如隧道、特大桥、枢纽等地段；
（4）航测线段重叠处。
6、观测工作主要依据的技术指标
表1各级GPS测量作业的基本技术要求
各级GPS测量作业的基本技术要求
项目
等级
二
三
四
一级
二级
卫星高度角（°）
相对快速
≥15
≥15
≥15
≥15
≥15
有效观测卫星数
相对
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
快速
—
≥5
≥5
≥5
≥5
观测时段数
相对
≥2
≥2
≥2
≥2
≥1
重复设站数
快速
—
≥2
≥2
≥2
≥2
时段长度
（′）
相对
≥90
≥60
≥45
≥45
≥45
快速
—
≥20
≥15
≥15
≥15
数据采样间隔（″）
相对快速
10—60
10—60
10—60
10—60
10—60
PDOP
相对快速
＜6
＜6
＜8
＜8
＜8
表2各级GPS测量基本技术要求规定
各级GPS测量基本技术要求规定
级别\项目
AA
A
B
C
D
E
卫星截止高度角
10
10
15
15
15
15
同时观测有效卫星数
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
≥4
有效观测卫星总数
≥20
≥20
≥9
≥6
≥4
≥4
观测时段数
≥10
≥6
≥4
≥2
≥1.6
≥1.6
级别\项目
AA
A
B
C
D
E
采样
升级会员 