實時GPS RTK在工程建設中的應用方法及實踐

摘要:全球定位系統(tǒng)(GPS)以其精度高、速度快、全天候等優(yōu)點，成為當今最先進的測量手段。就GPS RTK使用方法、精度驗證，在地形測量、放樣中的應用實踐進行介紹，顯示了GPS RTK在測量中的獨特優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞:GPS;工程建設;地形測量;放樣

中圖分類號:TP

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)13-0353-01

1 概述

近年來中國的建筑企業(yè)大舉進軍海外市場，在鐵路、公路、市政、房建等領(lǐng)域所占的份額越來越大。中國施工企業(yè)在海外以高效為特點，在保證質(zhì)量的前提下追求最高速度，這就決定了施工人員、設備、技術(shù)保障等的高效化。GPS在工程中的推廣應用成為提高技術(shù)保障的關(guān)鍵。

GPS RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分測量技術(shù)，先利用控制點進行WGS84坐標到當?shù)刈鴺讼档那蠼猓Ｓ猛鈽I(yè)流動站點校正法進行，然后在測區(qū)基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設備實時地發(fā)送給流動觀測站，在流動站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設備接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地計算并顯示流動站的三維坐標及精度。

廣西水電工程局在2006年初進入安哥拉，2007年-2008年迎來發(fā)展高峰，合同儲備就有十多億美元，但是承建范圍或面積大森林茂密，互不通視，或者線路長，或者環(huán)境復雜，時間緊任務重，要按時完成任務，傳統(tǒng)的測量方法已無法滿足要求，于是廣西水電工程局安哥拉公司于2007年9月引進了徠卡GPS 1200。下面是我們在使用GPS方面的探討及部分實踐。

2 驗證及實踐

2.1 使用方法及精度檢驗

徠卡GPS RTK標稱精度為:水平10mm+1PP，垂直20+1PP。由于施工控制網(wǎng)控制范圍往往小于15km2，且羅安達是個平原，可將地球曲面當平面處理，為了驗證徠卡GPS RTK在工程實際應用中的精度及正確使用方法，我們以安哥拉方提供的一條相當于我國城市光電測距導線二級的導線為檢驗依據(jù)。該導線有13個點，總長15.3km。

2.1.1 架設參考站

參考站架設在導線中部一個開闊，位置較高的地區(qū)(保證電臺信號能夠達到最大覆蓋區(qū)域)，GPS天線部分連線，電臺部分連線，首先啟動GPS接收機，接收衛(wèi)星信號，之后再連上電臺電源。

2.1.2 啟動參考站

等接收機可獲得一個導航解時(出現(xiàn)大圓圈和十字絲時)。

2.1.3 安裝流動站

組裝背包，(GPS天線電纜，手薄線，電臺電纜)連接對中桿，GPS天線的安裝。

2.1.4 與參考站連通

流動站配置集中電臺的設置需要將通道設置為與參考站一致就行了。

2.1.5 流動站采點

對已知點進行WGS84坐標的采集，點號的輸入，3DCQ的檢查F1采集，停止，保存。重復這個步驟對其他幾個已知點進行WGS84坐標的采集。

2.1.6 進行坐標轉(zhuǎn)換，求得一個本測區(qū)的獨立坐標系統(tǒng)

退出“測量”，進入主菜單中的2 程序，定義坐標系，輸入坐標系名稱，找到相應的已知點的WGS84坐標所在的作業(yè)，和相應已知點已知成果所在的作業(yè)，只需將已知點坐標輸入到作業(yè)中即可，外業(yè)采集的WGS84點的點名與已知點成果的點名一致，選擇一步法，正高設置，然后使用“自動”F6進行匹配，WGS84點與已知點成果即可進行相應的匹配，并顯示在手薄上。然后按F1“計算”，之后繼續(xù)直到回到主菜單即可。此時，我們新建的獨立坐標系統(tǒng)已經(jīng)完成，并且自動附加到我們建立的作業(yè)。

2.1.7 轉(zhuǎn)換精度的檢核

擺好基站后，將流動站移到導線上的D1點和D13點，以這兩個已知點當作我們檢核該條導線的控制點，并按上述“2.6”條的步驟進行坐標轉(zhuǎn)換，然后在D1-D13導線點上采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過擬合平差，得到的新的測量數(shù)據(jù)與我們抄過來的已知點成果進行對比，得到的點位中誤差為:mx=2.1cm，my=2.2cm，mz=3.2cm，此精度滿足一般建筑物及地形圖測量控制點的精度要求。

2.2 應用實踐

2.2.1 測量比較

渠道長4.9km，兩邊遍布居民區(qū)、支流、澡澤和垃圾，環(huán)境復雜。地形測量的任務是測量以渠道為軸線各向兩側(cè)250米的帶狀地形。測量隊分成兩組，Ⅰ組4個人使用全站儀，以傳統(tǒng)方式在渠道右岸測量。Ⅱ組2人，在渠道左岸測量。

工作開始后，Ⅱ組人員在離渠道中部5公里的施工營地的一棟樓頂上，按照上述方法設置參考站，設置作業(yè)并轉(zhuǎn)換好坐標，然后使用流動站檢查控制網(wǎng)上的點的坐標無誤后即可開始地形測量的碎部點數(shù)據(jù)采集。下午或第二天繼續(xù)測量時，只需將參考站擺在同一位置，調(diào)出前面設置好的作業(yè)，輸入儀器高就可以繼續(xù)測量，不用重復設置。

Ⅱ組人員完成左岸地形測量用了6天時間，共采集了5660個碎部點。在Ⅱ組完成左岸測量時，Ⅰ組人員在右岸完成了大約一半的任務，采集了2530個碎部點。為了驗證傳統(tǒng)全站儀和GPS RTK在地形測量的成圖質(zhì)量差異，Ⅱ組人員沒有幫助Ⅰ組人員測量剩下的右岸的另一半的地形，而是在右岸從頭開始測量。5天后，兩組人員基本同時各自完成了右岸的地形測量。Ⅰ組人員和Ⅱ組人員在右岸各自采集的碎部點分別為5350個和5120個，然后內(nèi)業(yè)成圖。

為了比較兩種測量方法的成圖效果，我們在成圖后的電子版上采用坐標查詢的方法，把同樣地物相同點位的兩種測量方法得到的坐標進行比較，共隨機查詢了100個點位，計算出兩者之間的點位較差中誤差為:mx=3.1cm，my=3.0cm，mz=3.6cm，從地形測量規(guī)范來說，此精度算比較高的，說明GPS RTK能夠運用于地形測量，并且快速精準。

2.2.2 POLO工業(yè)園地形測量

工業(yè)園范圍為6.1×4.3km2，是安哥拉國重建的重點，總投資50多億美元。所在地距羅安達市區(qū)30公里，全部是新建，所在范圍基本是原始地貌，森林、草地茂盛，如果用傳統(tǒng)的測量方法，因不通視，將耗費大量的人力物力時間。在前段時間我們安哥拉公司成功的以GPS RTK完成了CAMARA渠道地形測量，因此為了趕時間及節(jié)省人力物力，我們又增置了兩臺流動站供工業(yè)園等工程測量使用。

我們把參考站架設在工業(yè)園中部的開闊地，以上述方法設置好參考站和三個流動站的各種參數(shù)，每個流動站都要在立在已知導線點上檢查，無誤后開始測量。

以后每天開始工作時都只需在相同位置架設參考站并輸入儀器高，調(diào)用相同作業(yè)，就可以繼續(xù)測量。三臺流動站只需6個工作人員，共工作了12天，采集了35590個碎部點，順利完成測量任務。按以往經(jīng)驗，用傳統(tǒng)方法以全站儀進行這項目地形測量，約需300工日。GPS RTK地形測量再次體出高效。

2.2.3 POLO工業(yè)園建筑物軸線放樣

因工業(yè)園園址林深草茂，如果我們要把導線點引到所有建筑物旁邊以供放樣所用，將是一個耗時耗力的工程。

徠卡GPS RTK標稱精度為:水平10mm+1PP，垂直20+1PP，滿足一般建筑物放樣精度要求。我們計劃以GPS RTK直接放樣各種建筑物的一條軸線的兩個端點，其余細部點再用全站儀在已有的軸線基礎(chǔ)上再放樣。

POLO工業(yè)園的商業(yè)區(qū)有16棟250米×150米的倉庫，前期施工的12個倉庫我們都是以GPS RTK先放樣出倉庫長邊的兩個端點。然后在這兩個端點的基礎(chǔ)上用全站儀再放樣出其他的點。

在靠近已有導線點的1-4號倉庫，我們使用全站儀檢核了GPS RTK放樣出來的8個端點，它們之間的點位中誤差很小，為:mx=1.1cm，my=1.0cm，mz=2.0cm。

精度滿足要求，由于不需要把控制點引到要放樣的建筑物符近，GPS RTK在放樣中的優(yōu)勢明顯。

3 應用體會

(1)GPS RTK參考站架要設在一個開闊，位置較高的地區(qū)。

(2)GPS正在越來越多的測量工作中得到應用， RTK技術(shù)與其它測量儀器和測量方法相比具有不可比擬的優(yōu)勢。

(3)RTK接收機獲得一個導航解時才能記錄為有效數(shù)據(jù)，如果是浮點解時誤差較大，特別是高程誤差大，此類數(shù)據(jù)不能用。

(4)電臺信號不能太遠，經(jīng)我們們驗證，GPS RTK的范圍超過15km一般只能得到浮點解，誤差較大。

(5)利用RTK進行測量，不受天氣、地形、通視等條件的限制，工作效率比傳統(tǒng)方法提高5-8倍。

(6)利用RTK技術(shù)比傳統(tǒng)方法大大節(jié)省人力。

參考文獻

[1]全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范CH2001[S].1992.

[2]劉基余.全球定位系統(tǒng)原理及其應用[M].北京:測繪出版社，1993.