GPS RTK技術在工程測量中的應用

摘要：全球定位系統（GPS）作為測量定位新技術，起先廣泛應用于陸海空領域的導航和定位測量，在大地測量及工程測量應用領域中還未得到普及。隨著全球定位系統（GPS）技術的發展與完善，其應用已廣泛推廣到測量的各個領域，特別是GPS實時動態差分RTK（Real—Time—Kinematic）技術的迅速發展和完善在常規測量領域里越來越得到廣泛的應用。

關鍵詞：GPS RTK 工程測量 實際應用

GPS測量技術是以載波相位觀測值為根據的實時差分GPS技術，RTK定位技術是它的一個新的突破。是GPS測量技術與數據傳輸技術的結合。

1 GPS RTK測量原理

GPS RTK測量系統一般由GPS接收設備、數據傳輸設備和軟件系統三部分組成。RTK測量技術是以載波相位觀測量為根據，在野外作業時，對點位可獲得厘米級的精度，實行實時差分GPS測量技術。其流程是：將一臺GPS接收機設置在基準站臺上，移動站臺的GPS接收機在接收到GPS衛星號的同時，將其觀測到的數據通過傳輸設備實時的發送給移動站臺，連續觀測所有的GPS衛星，用無線接收設備接受到來自基準站觀測到的數據，快速計算并顯示出移動站的三維坐標及精度，根據相對應的定位原理，解算出整周模糊度未知數。使用動態GPS測量技術，測量人員只需在完成初始化后，在較短的時間內就能獲取觀測點的坐標。

2 RTK技術在工程測量中的應用

RTK的定位測量的兩種模式分別是靜態定位、動態定位模式，在工程測量中兩種定位模式相結合可廣泛應用于控制測量、崔不測量與放樣、變形監測等各個領域。

2.1 控制測量 控制測量是工程建設、管理和維護的前提保障，工程項目的性質、規模與控制網的網型和精度密切相關。城市的控制網的特點有地域廣、精度高、頻率大等，城市的控制導線基本都位于地面，伴隨著城市建設的發展，一般的工程控制網覆蓋面積小、點位密度大、精度要求也比較高。這些個控制點位常常的遭到破壞，工程的進度大大的影響了。用常規控制測量如：導線測量、邊角網，三角鎖等，點間要求通視，且大部分需要分段施測，從而積累過大的誤差，也耗費了大量的人力和時間，且精度也不均勻。

怎樣才能快速準確的提供控制點，這會直接影響到工作效率，如采用RTK技術側了，流動站直接能測量到各個控制點的三維坐標，只在測區范圍內或者測區周邊的高等級控制點架設起基準站，對比較困難的控制點，可以用手薄提供的交會法或者是其他的方法間接的測量。采用靜態GPS技術，測量精度可以達到毫米級。與傳統的導線測量相比較，由于不需要點與點之間通視，則可以布設很長的GPS三角鎖網，以保持長距離線路坐標控制的一致性，同時對點位的選擇也限制少、作業時間短、成果精度高、工程費用低等優點，對于工程施工以及工程勘探等具有顯著的優勢。采用RTK測量技術，能實時很快的知道定位結果，不需事像靜態GPS一樣進行后數據處理，出現內業精度不符合要求返工的情況，大大縮短了作業時間，有效地提高了作業效率。

2.2 碎部與放樣測量 RTK技術不僅適用于數字地形圖數據的采集，還可用于建筑物的界址點、施工平面位置的放樣。

傳統的平板儀測圖和全站儀測圖都需要先布設圖根控制點，且點與點之間還要求通視，完成測量工作至少需3人以上，但是采用RTK技術測圖，只要事先將該測區的轉換參數輸入其中，外業測量時，先將系統初始化，只需在一個已知控制點上短短幾秒鐘進行點位校正，然后就可以進行其它的數據采集了，此工作只需一人就可完成，大大節約了勞動力提高了作業效率。但受地域、氣象、時間等諸多條件的限制，在碎部測量中，對RTK測量要求的條件也比較高，所以在對碎部點的測量時，測量方法應選擇合理、適當。對于信號遮擋比較大、電磁干擾大和多路徑效應顯著的地方，對于地域比較空曠的地方應采用RTK測量，應采用常規測量的方法，或者采用RTK結合全戰儀測量碎部點的方法，這樣也可以大大減少勞動時間，提高工作效率。總之，在測量工作，應揚長避短，做到事半功倍。

采用RTK技術進行施工放樣，只需將測量的相關參數先輸入手簿中，在進行點位放樣時，只要調出事先輸入的點位坐標，根據手簿屏幕中提示，行進至該點即可。放樣點的點位坐標或其它參數也可在放樣時現場輸入。

2.3 變形監測 變形觀測測量顯得尤為重要，它可以通過對構建筑物地基的沉降、位移以及傾斜等形式來反映建筑物的變化狀況，對于大型的工程如大橋、河壩、高層建筑等，從而對后期的安全和處理提供了依據。RTK技術在這一領域也有著一定的應用，相對于傳統的測量而言，由于RTK測量不需要點與點之間通視，這樣就大大節約了工作量和時間，從而提高了工作的效率。如果按常規的變形觀測方法進行測量，如果用RTK測量變形標志點的平面位置，會投入大量的人力進行外業的數據采集，可以以較少的成本換取大的回報。

3 具體問題的處理方法

決定著RTK的測量與常規測量中的不同是RTK的測量技術的特點，控制點的選用和測量精度與坐標轉換參數、擬合參數的計算有著相關的關系。

3.1 坐標轉換參數的計算 由于大部分情況下使用的坐標系都為國家坐標系或地方坐標系，而GPS所采集的為WGS-84坐標系下的數據，這與作業中使用的坐標系統不同，因此如何進行坐標系統的轉換成為RTK使用過程中的一個重要環節部分。

3.2 擬合參數的計算 擬合參數即高程擬合參數 GPS測得的高程需要改正以后才能使用，高程擬合參數就是求出將大地高轉換為正常高的一個參數。GPS的高程系統為大地高，測量中常用的高程均為正常高。

靜態的GPS測量出來的高程可達到三等水準的精度，求擬合參數也就是求一個區域高程異常的過程，當然必須要有高精度的高程擬合面，則RTK測量的可達到四等水準測量的精度。

擬合參數大多數都是利用RTK隨機軟件進行計算。

只有在一個己知高程點參與計算的時候，只能進行簡易的高程面平移，在高程擬合參數計算的時候，參與公共點數目的不同下所采用的模型也就不一樣；進行平面擬合則需4-6個己知高程點參與計算，進行曲面擬合時就需要7個以上的己知高程點參與計算；要進行加權平均的擬合需2-3個己知高程點參與計算。

3.3 控制點選用和參數的檢驗 決定測量成果精度的優劣則是轉換參數精度的高度。計算轉換參數是進行RTK測量時的重要問題。在條件允許的情況下，應多于最低要求參加參數就算的己知點數。計算參數時請注意以下幾點：

3.3.1 己知點的數量應達到要求，要根據工作區的面積、形狀條件及地形地貌，進行平面參加轉換的時候，計算平面控制點都不應少于三個數量，在進行高程參數擬合時，來定計算高程控制點的數量。面積較小時，可根據已知高程點的數量，以保證高程測量的精度滿足要求，依次選擇高程面平移、加權平均的高程擬合、平面高程擬合、曲面擬合；進行曲面擬合面積大的時候高程控制點的數量不少于7個。

3.3.2 在只有兩個已知點的情況下，參數的適用范圍不應超過兩點間距離的1.5倍。一般情況下，兩點之間的距離不應太近。

3.3.3 己知點應按照合理要求分布。距離較近的己知點應控制在3-5千米左右適宜，參與計算參數的己知點，一般應稍大于作業區，應以能夠覆蓋整個作業范圍適宜。

3.3.4 如果相差較大，通常是已知點精度存在問題。轉換參數中的尺度參數應在1左右，最好接近1。

3.3.5 用于計算參數的已知點，最好是經過統一平差的，必須為同一坐標系統或高程系統。

3.3.6 七參數的七個轉換參數都有參考限值，X、Y、Z軸旋轉一般都必須是秒級的（一般小于10秒）；X、Y、Z軸平移一般小于1000。若求出的七參數不在這個限值以內，一般不能使用。

3.4 七參數的七個轉換參數都有參考限值，X、Y、Z軸平移一般小于1000，X、Y、Z軸旋轉一般都必須是秒級的（一般小于10秒） ，若求出的七參數不在這個限值以內，一般不能使用。

4 小結

RTK可在諸多測量領域廣泛應用，由于RTK的應用還受一定條件的限制，尤其是在高樓密集的地方，RTK測量往往十分困難，仍然得依賴常規的測量手段。可承擔大部分常規測量儀器完成的工作，并能提高測量精度和作業效率。同時，由GPS的測量原理所決定，進行RTK測量作業，必須在合適的條件下才能保證精度。如衛星分布、信號遮擋、電磁信號干擾、氣象條件等，RTK測量受諸多條件制約。

到目前為止，RTK技術仍不是很完善，還需要一個向前發展的歷程。希望在不久的將來，我們在使用RTK時，不再受諸多條件的限制，從而更好地為社會服務。

參考文獻：

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