毕业设计（论文）GPS技术在高速公路放样中的应用

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1、长江工程职业技术学院毕业设计（或论文）摘 要本文主要对GPS RTK 技术在道路中线放样中的应用进行了合理性研究。首先本文详细描述了GPS RTK的基本原理，RTK 系统的基本组成。然后根据自身的实践经验和参考资料描述了GPS RTK 技术在道路中线放样中的应用过程。还通过阅读各方面资料从多方面将全站仪放样与 GPS放样作了比较。通过自己实践的经验指出了GPS RTK 技术在道路中线放样中的应用优势。也从各大参考文献中针对GPS RTK 技术在道路中线放样中的应用的精度和工作效率还有误差来源和消除措施进行了描述。最后通过应用RTK-GPS在高速公路工程放样的实践，谈几点自己的认识和体会。GPS

2、 RTK 技术在道路中线放样中的应用定位精度高、作业效率高、节省费用、不受地形影响。AbstractThis paper focuses on GPS RTK technology in the road alignment lofting a reasonable application of research.First, this study describes in detail the basic principles of GPS RTK, RTK system, the basic components. Then based on their experience and re

3、ferences described GPS RTK technology in the road alignment lofting process. Also by reading data from many different aspects of the Total Station lofting lofting compared with the GPS. Through their own practical experience suggests that the GPS RTK technology in the road alignment lofting advantag

4、e. References from major GPS RTK technology for the lofting of the road centerline accuracy and efficiency measures as well and eliminate sources of error are described.Finally, through the application of RTK-GPS in highway engineering practice of setting out, talking about some knowledge and experi

5、ence.GPS RTK technology in the road alignment lofting high positioning accuracy, high efficiency, cost savings, not topography.关键词： GPS RTK 技术 高速公路 中桩放样 14目 录前言2第一章 绪论3第一节 GPS RTK 技术的基本原理3第二节 RTK 系统的基本组成3第二章 工作过程简介4第三章 GPS RTK 放样中桩的精度和速度6第四章 误差来源及削弱的措施7第五章 GPS RTK 与全站仪中桩放样的比较7第六章 性能及效果分析8第七章 认识和体会8结

6、 论 9参考文献 10前 言工程放样是测量的一个应用分支，它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来，过去采用常规的放样方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要2-3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样过程中遇到困难的情况需借助于很多方法才能完成作业。近几年来，随着RTK（Real Time Kinematic）即实时动态GPS测量技术的出现及其在测量领域的应用发展，给测量作业带来了很多便利。它具有观测时间短、精度高、无须通视和现场给出精确坐标等优点。使用RTK

7、-GPS进行平面定位较之使用常规方法放样简单、方便、可靠和快捷，它的优越性使我们能在公路工程放样项目中在保证质量的同时极大地提高工作效率并降低成本。以下结合本人采用徕卡双频RTK-GPS在高速公路工程放样实践中的应用谈谈用RTK技术进行测量放样的一些情况和认识。 第一章 绪论第一节 GPS RTK 技术的基本原理高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值。RTK 技术就是载波相位动态实时差分（Real Time Kinematic）定位技术，它能够实时地提供测站点指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在 RTK 作业模式下，基准站通过数据链将其观测值（载波相位观测值）和测站三维坐标信息（

8、如基准站坐标和天线高度）一起传送给流动站，流动站在完成初始化后，一方面通过数据链接收来自基准站的数据，另外自身也采集 GPS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，再经过坐标转换和投影改正，即可给出实时的厘米级定位结果。GPS 测得的高程是该点在 WGS-84 椭球上的大地高，因此必须采用高程拟合的方法，来求得正常高。而高程拟合的精度取决由 GPS 大地高程转换为正常高的精度（其中关键是高程异常的精度），也就是说，参与拟合的水准点的个数及分布的均匀控制程度和地形起伏状况。对于公路放样来讲，路线两侧布设的水准点足以保证中桩高程的拟合精度。第二节 RTK 系统的基本组成RTK 系统主要由

9、三大部分组成：一个参考站，若干个流动站和通讯系统。详见图 2。第二章 工作过程简介图1图2 我们使用三台套的 Leica 530 GPS 接收机作业。其中一台作为参考站，另外两台流动站（图 3）。这与我们平常用全站仪放样的配置类似，一台仪器、两个前点。如图3所示，流动站中的背包中有传感器、电池、无线电台及发射天线总重量约为3.7kg，而手中铝合金杆安置天线和终端的重量约 1.95kg。参考站中包含 GPS 接收天线、终端、传感器、电池及大功率的电台、伸高的无线电发射天线。首先将路线控制点具有 WGS-84 坐标系的三维坐标输入 GPS，选定椭球，求得转换参数和投影参数。然后使用道路编辑软件 R

10、oad Edit 将设计好的路线载入 GPS，需要输入的数据有路线直曲线要素的起讫桩号、半径、A 值等，同时 Road Edit 有检核功能，若有输入错误，会及时提示。当然这些操作都是在计算机上完成，然后通过 Flash PCMCIA 卡或电缆传送给 GPS。图3这样在 GPS 内部生成路线线位后，就可以利用 Road Plus 软件进行中桩放样。你可以选择输入桩号，或让 GPS 按一定数值自动增加桩号放样，还可以选择测某桩号的横断面等，到现场后参考站架设完毕后即可放样。一般我们是选择按桩号放样。当输入一个桩号后，GPS RTK 马上就会提示你目前位置距桩号位置多远，什么方向，如图 4 所示，

11、中间的小圆圈是桩号位置，十字是当前位置，会随着人的移动而移动，当当前位置距离桩号位置小于 50cm 时，仪器会发出“嘀滴”声。当十字进入小圆圈时，表明放样成功，即可钉桩。图4另外，也可以从旁边的几行数字看出当前位置距桩号位置的前后，左右的距离，然后决定是否修改桩号。当十字进入圆圈后，或数字显示的距离在公路勘测规范（以下简称“规范”）允许范围内时，即可测该桩号的高程，测 34 个历元，然后输入桩位说明，再存储一下，一个点就测放完毕。所有中桩数据（桩号、高程、桩位、坐标）都可以文本文件的形式提供给纵断面设计。第三章 GPS RTK 放样中桩的精度和速度本次测量我们中桩组一共 6 人（含司机一人），

12、在 28.6km 路段中，共测放中桩 380 根，平均 13.3 根/km，从 7 月 25 日7 月 29 日共计用了 5 个工作日,平均 5.72km/天。为了验证 GPS RTK 的放桩精度，我们在路线上选取了一些有代表性的点，如路边、渠边，用全站仪进行了检测，其结果见表 1。从表中可以看出，其结果满足“规范”要求。第四章 误差来源及削弱的措施GPS RTK 技术在测放路线中桩时，其误差来源是多方面的，如卫星星历误差，卫星钟误差等，还有我们在作业时的对中误差等，这里就作业时需引起注意的几方面作一下阐述。多路径效应的影响对使用RTK来讲是很大的，因为观测时间较短，尽管硬件和软件能降低这种影

13、响，但是在树林边，河边等一些敏感地段测放中桩时，适当延长观测时间还是有必要的。电离层影响。一般来讲双频观测能抵消大部分的电离层的影响，值得注意的是，在流动站与参考站之间的高差较大或距离较远时，或者卫星高度角较小时（20u65289X，这种误差能达到 510cm）。这些在作业时应尽量避免。另外在高程拟合方面，大地水准面模型的精度高低也直接影响到内插值的精度。同时要注意，测量时须保持 5 颗以上的卫星，GDOP 应不大于 5，基准站宜选在较高处的点，周围障碍物应较少。第五章 GPS RTK 与全站仪中桩放样的比较（1）全站仪放样路线中桩的原理简介全站仪放样是通过测取两点之间的平距及方位角，来求得测

14、点坐标，从而确定桩位、高程。因此，要求两点之间必须通视，否则便无法作业。这就给测量工作带来麻烦，必须是日出而作，日落而息，而且每天都必须花一部分时间清除障碍物，影响作业速度。（2）GPS RTK 与全站仪用于公路路线中桩放样的比较第六章 性能及效果分析（1） 定位精度参考站以一秒的时间间隔发出校正数据，移动台则根据这些数据计算定位值。按制造厂家的产品介绍，这种每秒一组数据的RTK-GPS的精度，平面为10mm+1ppm，高程为20mm+2ppm。经现场检测，在距离参考站约3公里的地方，平面定位精度误差小于5cm，高程误差小于10cm。由于RTK工作模式是采用载波相位来实现实时差分测量的，在参考

15、站的差分信号覆盖范围内（距离参考站的有效范围大致为15Km），GPS接收机只要13min就能进入RTK工作状态，在此状态下1min内即可得到厘米级的点位精度。若不受外界因素的影响（能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形），则流动站可随时给出厘米级定位结果，一直保持到测量结束。即使是受到一些外部因素的影响或干扰，也可保持利用伪距观测值接收RTCM改正数的DGPS分米级精度，满足放样精度的要求。（2）作业效率在柳州市区环城、阳朔至平乐高速公路边桩放样工程中，沿途有不少山川丘陵，植被覆盖厚，多为有剌密灌、果树、甘蔗、杂草等地。我们同时开设了RTK-GPS测量组和全站仪测量组，结果前者完成

16、的任务量是后者的23倍，且使用GPS作业过程要轻松自在得多。在马江至梧州高速公路高边坡钻孔放样项目中，委托方特别强调高程精度不能低于0.2m。高边坡钻孔位置多在密林里面，植被茂盛，水平方向通视困难，有些孔位离控制点还比较远。如果单单采用常规测量方法，寻找控制点需要不少时间，且需要大量砍伐，要转很多测站，这样既费时又费力，质量也难以保证，在综合考虑之后，我们决定采用徕卡RTK-GPS与全站仪相结合来施放的办法，即先用RTK-GPS采取单点定位的方法快速找到一个控制点，架设参考站后用移动站在离钻孔位置最近的开阔地带引测几个图根点（厘米级精度），再用全站仪进行施放。事实证明，这一办法既保证了施放工作

17、的质量，又大大减少了作业的劳动强度，加快了施放工作的进度。第七章 认识和体会通过应用RTK-GPS在高速公路工程放样的实践，得出以下几点认识和体会：（1） 定位精度高在良好环境下平面定位精度达到厘米级，在大多数环境里平面定位误差都能保证在0.2m以内，能满足公路放样的精度要求。（2） 作业效率高采用RTK-GPS采取单点定位的方法寻找控制点极为便捷，它直接以厘米级（或分米级）精度实时定位放样并能保持工作连续稳定，比较适合于林地等困难地区作业。（3） 节省费用采用RTK技术进行公路放样，无须沿途布设图根控制点而且作业时间短，可以减少工作人员，减少砍伐工作量，降低了工程成本和劳动强度，从而提高了经

18、济效益。 （4）架设参考站的点位周边要开阔，无电、磁场干扰，上空无遮挡，并尽量避开山体对电台通讯的阻挡，这样移动站才能较快获得RTK（厘米级）精度并保持稳定。（5）在地形条件复杂的地区（如枝叶繁茂的山林地、松树林等），采用RTK-GPS与全站仪相结合可以大大提高工作效率及成果质量。（6）在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，由于这些地区地形条件的限制，实施常规的测量比较困难，采用RTK-GPS进行测量（控制测量、实地实时放样、中桩测量、点位测量等）无凝是一种有效的手段。 结 论从整个使用过程来看，GPS RTK 技术应用于公路路线中桩放样与全站仪相比有如下优点：（1）作业过程的灵活性，

19、提高了作业效率全站仪测量时，测站与前点是要求相互通视的，否则就无法工作。因此在某些区域，用全站仪放中桩时，部分时间消耗在搬站、清除障碍物等方面。GPS作业时，对区域内的站点之间不要求通视。流动站与参考站之间的联系是建立无线电波的基础上的,只要参考站架设完毕，在 30km（有些地区可能短些）范围内，流动站可以任意作业，大大提高了工作效率。当然要注意失锁的问题，一旦失锁，须重新初始化。全站仪放样时，是由测站指挥前点到相应的桩号去，前点再把情况反馈给测站作调整，这样反复几次，才能将桩号定下来。对于 GPS RTK 来讲，前点即流动站是独立的。仪器会引导你去相应桩号位置，如不合适，可以自由调整桩号，从

20、而提高作业速度。同时 GPS RTK 技术在测量时，受环境因素，人为因素影响较小。它可以在夜晚、雾天、雨天等恶劣天气条件下工作，而全站仪则不行。（2）作业模式的一致性，提高了点位精度的均匀性全站仪测放中桩时，由于受干扰因素较多，因此常采取一些辅助方法如利用支点放样，将棱镜升高、降低等。这些情况下放出的中桩其点位精度会比正常情况下放样的点位精度低。这样在整条线路放样过程中，其中桩点位精度就必然忽高忽低，不易控制。GPS RTK 测量时，其点位精度是实时显示的，且每一根中桩的放样过程基本一致，所测放的中桩点位精度也大致相同，因此可以保证中桩点位精度的均匀性。可以说使用 GPS RTK 技术让测量工

21、作变得过程快捷、成果可靠。另外，GPS RTK 技术还可以应用在监测大桥形变，作路线控制点，公路 GIS 等许多方面。我室曾于去年在宁杭高速公路溧水段东庐山地区，用 GPS RTK 技术测量路线横面，其结果也是准确、快捷，确保了东庐山断面测量的准确性。可以预见 GPS RTK技术在公路测量方面的应用必将越来越广泛。 参考文献1工程测量 作者：刘宝全 哈尔滨:哈尔滨地图出版社2004年出版2GPS坐标系统的变换 作者：朱华统北京:测绘出版社 1994年出版3HD5800一体化蓝牙RTK-GPS在水电地质测绘的应用 作者：李桂炎 中海达GPS报2004年出版4 RTK-GPS在高速公路工程放样的应

22、用 作者：覃昌佩 广西测绘2004年出版致 谢 信时光飞逝，转眼间我们的大学生活即将结束，而我也将开启我作为一名建设者的职业生涯，在此我作为一名即将毕业的应届毕业生，我将把我在大学三年里的一些经历做一下总结：首先，刚刚来到大学的时候，我作为一名贫困生，深知自身家庭条件不如身边的同学们，但我从未因此而气馁过，而且在我们大学初始的军训生活刚刚结束的时候，经过班级同学们的层层选拔，我成为了班级的文艺委员，但我知道我应该用我的实际行动来争取周围身边同学对我的认可，更不要辜负我的老师和同学们对我的期望，果然我作为一名班级干部在接下来大学里的第一个学期里带领同学们办好文艺活动的同时，我还致力于我的各门学科

23、的学习，业余时间我还经常会同我的同学进行一些体育运动（例如：篮球、足球等）。虽然我们在大学学习理论知识的时间只有两年半但在这短短的两年半间（也就是5学期）里我获得过多次助学金和入党积极分子的称号，更在全院举行的数学竞赛中获得了三等奖。我们在大三的时候将会在施工现场进行理论与实践有机结合的系统学习，而我也是这种培养模式当中的受益者。实习期间，我们严格遵守企业指导教师为我们制定的“三勤”原则，所谓三勤就是说要做到腿勤、嘴勤和手勤。经过自己在施工现场的不懈努力，使得自己的专业理论知识和现场实践更好的结合起来，并且做到了学以致用。经过一年时间在施工现场的学习，我们已在思想上、心里上、体能方面等都已做好

24、了毕业即顶岗的充分准备。其次，我们要说的是机会是要提供给那些有准备的人，与此同时，那些有准备的人也要抓住那些机会。我们作为一名即将毕业的学长，我们将在此为正在母校求学的学弟学妹们提一些来自自己内心的忠告，那就是在认真学好自己专业知识的同时，也要锻炼一下自己在某些方面的特长，因为现在的企业更喜欢复合型的人才。总之，我要忠告各位学弟、学妹们在大学求学期间，要珍惜大学里的生活，不要虚度年华，要学好各门学科，业余时间培养一下自己的特长，实习的时候要尊敬公司的领导、管理人员以及工人师傅们，要做到腿勤、嘴勤和手勤等，要遵守公司制定的各项规章制度，只要你做到了以上几点，相信好的机遇会降临到你的头上的，同时你也将成为学校的一名优秀的毕业生。最后祝愿全院的老师身体健康、工作顺利！祝愿全院的学弟、学妹们学业有成，事业有成！ 附表一毕业设计（论文）任务书题目名称学生姓名所学专业班级指导教师姓名所学专业职称一、设计（论文）主要内容及进度二、主要技术指标(或研究目标)三、进度计划四、重要参考文献教研室主任签字： 年 月 日附表二毕业设计（论文）的评价意见指导教师评语：分数： 签名： 年 月 日评阅人评语：分数： 签名： 年 月 日答辩小组评语：答辩小组成员签字：分数： 签名： 年 月 日答辩委员会意见（同意给优、良、中、及格、不及格等次）分数： 签名： 年 月 日