摘要： GPS技术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术，其应用及开发的前景十分广阔。尤其是实时动态（RTK）定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力，本文主要介绍了GPS中的RTK技术在公路测量中的应用及其对公路勘测的巨大推进作用。
关键词：公路初测、公路的详细测量、道路施工测量、GPS；RTK；静态定位；动态定位
一、公路勘测
公路的勘测设计一般是分阶段进行的，通常按其工作的顺序可划分为可行性研究、初测、定测三个阶段。建设项目的可行性研究工作，应根据各行业各部门颁发的各种建设项目可行性报告编制办法执行。在工作中应根据该地区的资源开发利用、工业布局、农业发展、国防、运输等情况，运输等情况，结合各种线路工程规划通过深入勘察和研究，对建设项目在技术、经济上是否合理和可行，进行全国分析、论证，作多种方案以供选择，提供方案的评价和各方案的投资估算，为编制和审批设计书提供可靠依据。设计阶段必须利用1：5万或1：10万比例尺地形图，利用地形图可以快速、全面、宏观地了解该地区的地形条件，地形图也提供一部分地质、水文、植被、居民点分布及各种线路工程的分布等信息。带状地形图比例尺通常为1：2000或1：1000，有时也了采用1：5000.其宽度在山区一般为100m，在平坦地区250m。
（—）新建公路的初测
在新建公路时先进行初步测量，初步测量又称踏勘测量它是在视察的基础上根据已经批准的计划任务书和视察报告，对拟定的几条路线方案进行初测，初测阶段的测量工作有导线测量、水准测量和地形测量。
1．导线测量
根据在1：5万或1：10万比例尺地形图上标出的经过批准规划的线路位置，结合实际情况，选择线路转折点的位置，打桩插旗，标定点位，在图上标明大旗位置，并记录沿线特征。大旗插完后需要绘制线路的平、纵断面图，以研究确定地形图测绘的范围。初测导线的选点工作是在插大旗的基础上进行的。导线点的位置应满足以下几项要求：
（1）尽量接近线路通过的位置。
（2）地层稳固，便于保存。
（3）视野开阔，测绘方便。
（4）点间的距离以不少于50m且不大于400m为宜。
（5）在大河两岸及重要地物附近，都应设置导线点。
（6）当导线边比较长时，应在导线边上加设转点，以方便测绘。
公路勘测中要求上、下半测回角值相差：高速及一级公路为±20"，二级及以下公路为±60"。初测导线可以布设成D级或E级带状GPS控制网。在道路的起点、终点和中间部分尽可能收集国家等级控制点，考虑加密导线时，作为起始点应有联测方向，一般要求GPS网每3km左右布设一对点，每对点之间的距离约为0.5km，并保证点对之间通视。
2.公路水准测量
公路水准测量的任务是沿着线路设立水准点，测定各水准点的高程，并在此基础上测定导线点和桩点的高程。前者称为基平测量，后者称为中平测量。
初测阶段，要求每1~2km设立一个水准点，在山区水准点密度应加大。
(1)基平测量应采用不低于S3级的水准仪用双面水准尺、中丝法进行往返测量，或两个水准组各测一个单程。闭合差限差为±40√L(mm)(L为相邻水准点之间的路线长度，以km计) 。
(2)中平测量一般可使用S3级水准仪，采用单程。闭合差限差为±50√L(mm)。
3.地形测量
公路中的地形测量主要以导线点为依据，测绘线路数字带状地形图。数字带状地形图比例尺多数采用1：2000和1：1000，测绘宽度为导线两侧各100~200m。对于地物、地貌简单的平坦地区，比例尺可采用1：5000，但测绘宽度每侧不应小于250m。对1：1000，测绘范围视设计需要而定。地形测量中尽量利用导线点做测站，必要时设置支点，困难地区可设置第二支点。
()公路详细测量
定测的主要任务是把图纸上初测设计的公路测设到实地，并根据现场的具体情况对不能按原设计之处作局部的调整。
定测的具体工作有：(1)定线测量。(2)中线测量。(3)纵断面高程测量。(4)横断面测量。
定线测量
定线测量是将批准了的初步设计的中线移设于实地的测量工作，也称放线。常用的定线测量方法有穿线放线法、拨角放线法、导线法三种。
1.穿线放样法
支距定线方法也叫穿线放线法，其基本原理是根据初测导线和初步设计的线路中的相对位置，图解出放样的数据，然后将纸上的线路中心放样到实地。具体步骤为(1)量支距，所谓支距就是从各导线点作垂直于导线边到的直线，交线路中心与各点，这一段垂线长度称之为支距。(2)放支距(3)穿线(4)测设交点(5)测交角
1.2拨角定线法
当初步设计的图纸比例尺大，测交点的坐标比较精确可靠时或线路的平面设计为解析设计时，定线测量可采用拨角定线法。使用这种方法时，首先根据导线点的坐标和交点的设计坐标，用坐标反算方法计算出测设数据，用极坐标法、距离交会法或角度交会测设交点。
1.3导线法
1.4转点的测设，分为两种情况，一种为在两交间测设转点，另一种为在两交点延长线上设转点。
2.中线测量
中线测量的任务是沿定测的线路中心线丈量距离，设置百米桩及加桩并根据测定的交角、设计的曲线半径R和缓和曲线长度计算曲线元素，放样曲线的主点和曲线的细部的。
2.1里程桩及桩号
在路线定测中，当路线的交点、转角测定后，即可沿线路中线设置里程桩，以标定中线的位置。里程桩写有桩号，表达该中桩至路线起点的水平距离。中桩分整桩和加桩两种。加桩分为地形加桩、地物加桩、曲线加桩于关系加桩。
2.2断链处理中线丈量距离，在正常情况下，整条路线上的里程桩号应当是连续的，但当出现局部改线，或者在事后发现距离测量中有错误，都会造成里程的不连续，这在线路中称为“断链”。断链有长短之分，当新路线比原路线长时称长链，反之断链。当新桩号比老桩号大时称长链，反之断链。断链桩要设置在直线段中的10m整倍数上。
3.横断面测量
定测阶段的横断面测量是要在每个中桩点测出垂直于中线的地面线、地物点至中桩得到距离和高差，并绘制成横断面图。它是进行路基设计、土石方计算及施工中确定路基填挖边界的依据。横断面测量应逐桩施测，其方向应与路线中线垂直，曲线段与测点的切线垂直。整个横断面测量课分为测定横断面方向、施测横断面和绘制横断面图。
测定横断面方向
(1)直线段横断面方向的测设
在直线段上，横断面方向可利用经纬仪测设直角后得到，但通常是采用十字方向架来测定。
(2)圆曲线横断面方向的测定
在曲线段上，横断面的方向与该点处的切线方向相垂直，标定的方向如下：将方向架置于ZY点，使照准杆aa’指向交点JD，这时照准杆方向指向圆心。旋松定向杆cc’，使其照准圆曲线上的第一个细部点Pi，旋紧定向杆cc’的制动钮。将方向架置于Pi点，使照准杆bb’指向ZY点，这时定向杆cc’所指方向就是圆心方向。
4.纵断面图的绘制
纵断面图是以中心桩的里程为横坐标，以中桩的地面高程为纵坐标绘制的，展绘比例尺，里程（横向）其比例尺应与线路带状地形图的比例尺一致，高程（纵向）比例尺通常比里程(横向)大10倍，如里程比例尺为1：1000，则高程比例尺为1：100。坡度栏用斜线表示设计纵坡，从左至右向上斜的表示上坡，下斜的表示下坡，并在斜线上以百分比注记坡度的大小，在斜线下注记坡长。
（三）道路施工测量
道路施工测量的主要任务包括恢复中线测量，施工控制桩、边桩和竖曲线的测设。
施工控制桩的测设包括平行线法和延长线法。
（四）管道施工测量
随着经济的发展和人民生活水平的不断提高，在城镇敷设的各种管道愈来愈多。如给水、排水、天然气、暖气、电缆、输气等。管道施工测量的主要任务是根据工程进度的要求，向施工人员随时提供中线方向和标高位置。
．施工前的测量工作
.熟悉图纸和现场情况
施工前，要收集管道测量所需的管道平面图、纵横断面图、附属构筑图等有关资料，认真熟悉和核对设计图纸，深入施工现场，熟悉地形，找出各交点桩、里程桩、加桩和水准点位置。
.恢复中线
测设施工控制桩。施工控制桩分为中线控制桩和附属构筑物控制桩两种。
.加密施工水准低点。
.管道施工测量
.坡度板法
管道施工的测量任务是控制管道中线设计位置和管底设计高程，因此要设置坡度板。坡度板跨槽设置，间隔一般为10~20m，编写板号。根据中线控制桩，用经纬仪把管道中心线投测到坡度板上，用小钉作标记，称为中线钉，以控制管道中心的平面位置。当槽深在2.5m以上时，应待开挖至距槽底2m左右时再埋设在槽内坡度板应埋设牢固，板面要保持水平。坡度板设好后根据中线控制桩，用经纬仪把管道中心线投测至坡度板上，钉上中心钉，并标上里程桩号，再用水准仪测出坡度板顶面高程，板顶高程与该处管道设计高程之差，即为板顶往下开挖的深度。
二、GPS技术发展现状及应用前景
（一）GPS技术发展现状及应用前景
全球定位系统GPS（Globalpositioningsystem）是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面；对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。
相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量，其原理是采用载波相位测量局域差分法：在接收机之间求一次差，在接收机和卫星观测历元之间求二次差，通过两次差分计算解算出待定基线的长度；求解整周模糊度是其关键技术，根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量；快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量；而RTK测量以其快速实时，厘米级精度等特点广泛应用于数据采集（如碎部测量）与工程放样中。RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。
GPS测地型接收设备是实现测地定位的基本条件，接收机有单频与双频之分，双频机能以L2观测值修正电离层折射影响，最适宜于中、长基线（大于20km）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，对于一般工程测量具有良好的性能价格比。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，整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点，完全可以满足数据采集和工程放样的要求。鉴于GPS系统在轨卫星数有限，在对空通视受遮挡的条件下，不能保证正常解算，影响定位的精度和可靠性。实践表明，单频GPS系统由于多环境的制约，存在着很大的局限性。随着俄罗斯的全球导航卫星系统（CLONASS）的不断完善，利用GLONASS来改善GPS性能的双星座系统（GLONASS+GPS）已由美国Ashtech公司研制成功，这种全天候、全地域、高精度的系统为用户提供了更为完善的接收设备，双星座系统的接收设备GPS接收设备的新水平。
（二）GPS技术在公路测量中的应用前景
随着我国国民经济的快速增长的西部大开发的实施，我省的高等级公路建设迎来前所末有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求，随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展，公路设计已实现CAD化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄、输入等中间环节，是公路勘测设计“内外业一体化”的要求，也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈”所在。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造，在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。当前，用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测理，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据；在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网，这仅仅是GPS在公路测量中应用的初级阶段，其实，公路测量的技术潜力蕴于RTK（实时动态定位）技术的应用之中，RTK技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景。下面就RTK技术在公路勘测中的应用作简单的介绍。
（三）RTK技术在公路测量中的应用
3.1 实时动态（RTK）定位技术简介
实时动态（RTK）定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS（RTDGPS）技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。众所周知，无论静态定位，还是准动态定位等定位模式，由于数据处理滞后，所以无法实时解算出定位结果，而且也无法对观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量，在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性，这样一来就降低了GPS测量的工作效率。
实时动态定位（RTK）系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少冗余观测，提高工作效率。
3.2 应用
实时动态（RTK）定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS（地理信息系统）前端数据采集。3.2.1 快速静态定位模式。要求GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密；若采用常规测量方法（如全站仪测量），受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK快速静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min（随着技术的不断发展，定位时间还会缩短），不及静态测量所需时间的五分之一，在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。
3.3 动态定位测量前需要在一控制点上静止观测数分钟（有的仪器只需2～10s）进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到厘米级。
动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量2～4S，精度就可以达到1～3cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。
3.4 RTK技术的优点
3.4.1 实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果（包括高程）。
3.4.2彻底摆脱了由于粗差造成的返工，提高了GPS作业效率。
3.4.3 作业效率高，每个放样点只需要停留1～2s，流动站小组作业，每小组（3～4人）可完成中线测量5～10km.若用其进行地形测量，每小组每天可以完成0.8～1.5km3的地形图测绘，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。
3.4.4 在中线放样的同时完成中桩抄平工作。
3.4.5 应用范围广—可以涵盖公路测量（包括平、纵、横），施工放样，监理，
竣工测量，养护测量，GIS前端数据采集诸多方面。
3.4.6 如辅助相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。
3.5 推广建议
3.5.1 GPS静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。
3.5.2 生产过程中采用常规方法和GPS技术相结合生产流程可以极大地提高生产效率。
3.5.3 随着GPS技术特点是RTK技术的发展，各个厂家相继推出了具有自主专利技术的仪器，其初始化时间越来越短，跟踪能力也越来越强，精度越来越高，可靠性越来越强，有着良好的性价比，在勘察设计单位具有代替全站仪的趋势，单位设备更新时应考虑这一因素。
3.5.4 GPS技术在公路测量中的应用，是公路测量的一项性的技术革新，它将对传统的作业理念予以更新。
三、结语
GPS在公路勘测中的应用，对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了性的变革，极大地提高了勘测精度和勘测效率，特别是实时动态（RTK）定位技术将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景而且在绘制大比例尺地形图时高等级公路选线多是在大比例尺(1：1000或1：2000)带状地形图上进行。用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。结合输入的点特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，在室内即可用绘图软件成图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，因此大大降低了测图难度，既省时又省力，非常实用。实时动态RTK技术在公路勘测中的应用，对等级公路的勘测手段和作业方法产生了重大改变，极大地提高了勘测精度和勘测效率，对公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景，为我国国民经济发展带来了可观的经济效益。
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