［摘要］GPS（Global Positioning System)全球定位系统尤其是实时动态(RTK)定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力，本文简述了GPS和GPSRTK测量技术的原理及发展状态，主要介绍了GPS中的RTK技术在公路测量中的应用并总结出GPS用于测量所具有的特点。
关键词：GPS；RTK；测量；定位；公路工程
一、 GPS技术原理及发展现状
GPS全球定位系统（Global Positioning System)在公路工程测量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于GPS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。而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。
二、 RTK技术在公路测量中的应用
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测量技术发展的最新形式。静态GPS测量采用相位差分可以达到厘米甚至毫米级精度，但缺点是经过事后处理才知道结果。而RTK通过实时处理即能达到厘米级精度。
　　实时动态定位(RTK)系统要求由一台基准站和至少一台流动站及相配套的数据通讯链组成，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。
2、RTK技术的应用
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、施工放样和GIS(地理信息系统)前端数据采集。
（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。
（2）动态定位
2004年国道主干线郑州市西南绕城高速六标项目经理部利用中海达HD9900E型RTK（其技术性能参数见下表）进行导线点及中、边桩复核。国道主干线郑州西南绕城高速公路沿郑州四环公路外侧2～6公里区域内布设，起点位于荥阳广武乡军杨村南，接连已建成的连云港至霍尔果斯国道主干线商丘至三门峡段高速公路K306+172处；终点位于建设中的京珠国道主干线新乡至郑州高速公路K80+245.9处。地处华北平原，地势略有起伏，属微丘区，最大相对高差约70m，平均海拔约110m，境内村庄较多。植被多为小麦及田间行树。
HD9900E技术性能参数表

功能描述        RTK、RTD、静态，快速静态        定位数据最大更新率        5次/秒
主板特性        进口知名OEM主板，并行24通道，全视场跟踪C/A码、P码、L1/L2载波窄距相关技术        内存
                主机内存        16M flash闪存
                控制器内存        32M内存+24M固化卡内存
                通讯方式
                主机        蓝牙通讯，RS-232
精度        物理特性        
RTK        水平±(2cm+2ppm)
垂直±(3cm+2ppm)        尺寸        Φ20cm×h10cm
                重量        0.8kg
作用距离                
RTK        极限：25km
常规：10km-15km        使用时间        ≥12小时
                充电时间        ≤6小时
首次定位时间        移动站电源        锂电池
冷启动        60S        使用时间        薄电≥8小时，厚电≥16小时
热启动        10S        充电时间        ≤3小时
再捕获        1S                
天线        微带有源天线、内置抑径板        工作环境        -30℃—+70℃
控制器        美国工业标准手簿，WinCE平台全中文操作、内置蓝牙通讯模块        存储环境        -40℃—+80℃

在GPS观测之前，已用日本SOKKIA  SET2110型全站仪进行中桩放样，利用中海达HD9900E型RTK进行中桩复核过程时，测量前先在一控制点上静止观测一分钟(有时只需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。通过GPS观测得到与全站仪观测相比较的部分结果如下表：
桩号        GPS测量X坐标（m）        GPS测量Y坐标（m）        全站仪测量X坐标（m）        全站仪测量Y坐标（m）        X坐标差值（m）        Y坐标差值（m）
K3+000        3856305.241        38448963.282        3856305.250        38449863.277        +0.009        -0.005
K3+100        3856211.735        38449827.929        3856211.714        38449827.944        -0.021        +0.015
K3+200        3856118.150        38449792.628        3856118.155        38449792.626        +0.005        -0.002
K3+300        3856024.327        38449758.094        3856024.316        38449758.084        -0.011        -0.010
K3+400        3855929.876        38449725.258        3855929.861        38449725.247        -0.015        -0.011
K3+500        3855834.826        38449694.127        3855834.825        38449694.133        -0.001        +0.006
K3+600        3855739.255        38449664.729        3855739.241        38449664.753        -0.014        +0.024
K3+700        3855643.110        38449637.117        3855643.130        38449637.121        +0.020        +0.004
K3+800        3855546.552        38449611.261        3855546.543        38449611.247        -0.009        -0.014
K3+900        3855449.482        38449587.125        3855449.493        38449587.118        +0.011        -0.007
通过结果和实际测量可以看出：
（1）GPS测量可靠性好，平面精度同样能够满足高速公路测设的要求。
（2）GPS观测时间短。与全站仪测量相比，时间缩短约8min，效率为2倍。
3、RTK技术的特点
（1）测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。
（2）提供三维坐标。在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
（3）提供厘米级精度的测量成果(包括高程)。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。而且它不受人为因素影响。全过程由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、数据预处理、平差计算。
（4）作业效率高。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，每个放样点只需要停留1～2s，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。流动站小组作业，每小组(3～4人)可完成中线测量5～10km。其精度和效率是常规测量所无法比拟的。
（5）全天候作业。可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
三、 结束语
GPS技术在公路测量中的应用，特别是RTK技术将彻底改变公路测量模式。是公路测量的一项革命性的技术革新，它将对传统的作业理念予以更新。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它还可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。因此GPSRTK在公路市场有着广阔的应用前景