淺談工程測繪中GPS RTK測量技術的應用

江金華

摘 要：文章首先介紹GPS RTK測量技術，詳細分析GPS RTK測量誤差及質量控制，最后分析GPS RTK測量技術在具體工程案例的應用。

關鍵詞：GPS RTK；工程測量；誤差；精度

1 GPS RTK技術概述

GPS RTK技術（實時動態衛星全球定位技術）就是利用美國的全球定位系統GPS，依據RTK原理實時計算顯示出接收站（測點）的三維坐標。我國的北斗衛星導航系統（CNSS）將于2020年左右建成，并將覆蓋全球，屆時，GPS RTK技術可能改稱為CNSS-RTK技術。GPS RTK技術應用于測量工程，方法是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機對衛星進行連續觀測，基準站將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給移動站，移動站上的接收機在接收衛星信號的同時通過無線電傳輸設備接收基準站上的數據，移動站上的計算機（工作手簿）運行內置的程序即時計算顯示出移動站的三維坐標和測量精度。

2 GPS RTK技術在工程測量中的應用范圍

2.1 控制測量

導線控制網、邊角控制網的控制點精度要求較低，并具有點位維護難和使用頻繁等特點。損壞后，若用全站儀恢復，受通視和車流影響；若用GPS恢復，精度雖高，但需內業計算平差，外業觀測時間長。采用GPS RTK恢復控制點，只需在測區內或測區附近的未被破壞的控制點架設基準站，移動站直接測量各控制點的平面坐標和高程。

2.2 線路勘測

線路勘測中，由于遮擋或距離過長等原因，要不斷地轉站，同時為保證測點在斷面線或中線上，需不停地指揮持標桿人員。采用GPS RTK作業，首先把各拐點坐標輸入移動站的手薄。施測時，測量員調出所要測的兩點坐標，手簿內就自動生成一條直線，同時顯示測量員所在位置和距離起始點的樁號，這樣測量員就可以自己判斷是否在斷面線上，也可以知道點位間距。

2.3 放樣

放樣需通視良好，還要來回移動目標，由2～3人操作。采用GPS RTK技術放樣時，先把設計好的點位坐標輸入到電子手簿中，放樣時手持GPS接收機，根據接收機的顯示，自主地走到放樣點的位置，既迅速又方便，且只需一個人操作就行。

2.4 地形測量

測繪地形圖、地籍圖時，傳統的方法需要布設圖根控制點，并要求測站與測點之間能通視。采用GPS RTK技術測圖，可不布設各級控制點，測圖時僅需一個人手持接收機到特征點上，能快速完成測定界址點、地形點、地物點的坐標，同時輸入特征編碼。

2.5 水下測量

水下測量一直是測繪工作的一個難點，用常規方法測量，速度慢、精度差。采用GPS RTK技術并配合測深儀進行水下地形測量時，首先在岸上架設好基準站，然后在船上把接收機移動站、測深儀、手提電腦連接好，輸入各種參數和數據就可以進行測量。

3 GPS RTK測量誤差分析及質量控制

3.1 誤差分析

GPS RTK測量的誤差，一般分為兩類：

3.1.1 同儀器和干擾有關的誤差：天線相位中心變化、多徑誤差、信號干擾和氣象因素。

3.1.2 同距離有關的誤差：軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差。對固定基準站而言，同儀器和干擾有關的誤差可通過各種校正方法、選用適當的天線材料、遠離干擾源和適當的天氣測量予以削弱，而同距離有關的誤差將隨移動站至基地站的距離的增加而加大，所以GPS RTK的有效作業半徑是有限的（一般為4km）。

3.2 GPS RTK測量的質量控制

GPS RTK測量質量控制的方法主要有：

3.2.1 已知點檢核比較法：用RTK測量已知控制點的坐標進行比較檢核。發現問題即采取措施改正，該方法控制點較多時方便。

3.2.2 重測比較法：每次初始化成功后，先重測1～2個已測過的RTK點或高精度控制點，確認無誤后才進行RTK測量。該方法較為實用。

3.2.3 電臺變頻實時檢測法：用兩套頻率測量同一點，將結果進行比對，確定精度。

3.2.4 削弱干擾： 選點時遠離無線電發射源、雷達裝置、高壓線等干擾源。

3.2.5 適合氣象條件：在天氣急劇變化時不宜進行RTK測量。急劇變化的天氣，可能導致觀測坐標的誤差達到10mm～20mm。

4 GPS RTK技術優勢

可以看出，應用GPS RTK技術測量與常規的測量方法（如全站儀、經緯儀等）相比具有以下優勢：

4.1 作業效率高

在一般的地形地勢下，設立基準站一次即可測完4km半徑范圍內所需的測量工作，如地形圖測量、放樣、線路勘測等，大大減少常規測量所需較多的控制點數量，可省卻了布設圖根控制網這一測繪工作，同時避免測量儀器搬站次數頻繁。

4.2 定位精度較高

GPS RTK測量的一大特點就是沒有累積誤差，各個測點的數據是獨立采集取得，數據安全可靠。常規測量方法有累積誤差，工程測量中采用平差消除或用不同控制點施測來保證精度。GPS RTK技術測量，只要滿足GPS RTK的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內，基準站能精確整平對中、移動站能粗略對中，信號滿足要求，GPS RTK測量的平面精度和高程精度都能達到厘米級，滿足各項工程測量的需要，只要簡易復核下，就能讓測量工作放心、省心。

4.3 作業條件要求低

GPS RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”或能接收到手機信號，就能開展測量工作。與常規測量相比，GPS RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小。在地形起伏大、山區林密或受建筑物遮擋時，兩點間無法通視或通視受限，采用GPS RTK技術測量無須通視就能測繪，優勢非常明顯。

4.4 作業自動化高

GPS RTK技術集成化程度高，兼容性好，能裝載各種測繪軟件。與計算機連接簡易，能將數據直接導入計算機中的繪圖軟件，無需人工干預便可自動實現多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為錯誤，保證了作業精度。

4.5 操作簡便

基站、移動站只要在設站時進行簡單的設置，手工輸入或計算機導入所需的起始數據，基站整平對中即好；移動站就可以邊走邊獲得測量結果或進行坐標放樣。

5 工程實例

5.1 工程概況

某工業區規劃面積18km2，分南、北兩個組團，其中南部組團6km2，北部組團12km2。

2010年6月開始了北部組團建設，包括園區道路、管線、廠房等項目建設。

5.2 測區特點

地貌為起伏不大的丘陵地區，地勢開闊，沒有高大的建筑物、沒有茂密的森林，但有兩條南北走向10kV高壓電線，居民區為兩大自然村定居點，較集中。

5.3 測量內容

園區項目建設涉及大量的測繪工作，例如征地紅線、規劃紅線、建設紅線和廠區布局的放樣、線路勘測、平整土地土方量計算、測繪地形圖；施工時放出或恢復道路中線、邊線，建筑紅線、軸線等，涉及控制測量、放樣測量、線路測量和地形圖測量等方面內容。

5.4 測量方案

面對如此繁重的測量工作，如果采用全站儀測量，既要布設圖根控制網，又要考慮通視、天氣和機械施工等影響。

經綜合分析后，決定以GPS RTK技術為主、全站儀為輔的測量方案開展測繪工作。隨后采用南方測繪S86 GPS測量系統，該測量系統實現了基準站接收機電臺內置的同時，還嵌有CDMA/GPRS模塊。

5.5 實施情況

5.5.1 首先在5″三角控制網基礎上用全站儀內插兩個控制點，作為GPS RTK測量的兩個基準點。一個位于靠近辦公室的一棟六層樓頂上，一個位于工業區內一座較高的山丘上，相對位于規劃區的中心，距離規劃區邊緣不超過4km。內插的這兩個控制點同時組成三角網進行平差。經平差后兩個控制點的精度達到5″三角控制網要求。

5.5.2 測量時，將樓頂或山丘上的控制點作為基準站架設儀器，移動站在園區的各個測點都能接收到基準站發出的數據信息，并且距離不超過4km。

施測時，一個測量員手持移動站就能快速完成測繪、放樣等各項任務。根據測量任務的多少，有時有兩到三個移動站在同時工作。

5.5.3 每次測量前或后，測量員都手持移動站到內插的另一個控制點或5″三角控制網內的控制點進行檢查測量，以比對誤差是否超限。

5.6 施測結果

5.6.1 完成測繪任務神速。特別是重新放樣、恢復點位只需10多秒，不影響機械施工。

5.6.2 出成果快。將數據直接導入計算機中的測繪軟件南方CASS，能簡易出圖，并計算土方量、填方區、挖方區，或初步設計出道路線路走向。

5.6.3 測繪強度低。由于測量工作變得簡易，大多情況下無需頂烈日、冒寒暑進行測地形圖、放樣和線路測量，而有條件地選擇較好的天氣進行測量。

5.6.4 不需要布設圖根控制網。測區面積不大，而且基準點的設立較合理，省卻了圖根控制網。

5.6.5 精度較高。在各項測量工作中，未出現過粗差或錯誤，如采用GPS RTK放樣的長達2.6km的園區主干道的放樣成果，與施工單位采用全站儀放樣成果進行對比，其誤差都在限差范圍內。其中，選取了20個點位相同的點，進行了平面坐標及高程的互差、中誤差分析。結果表明，兩種方式的平面坐標點位互差在0.4cm～3.1cm之間，以全站儀數值為參考，GPS RTK放樣點位中誤差為2.6cm，高程互差為1.2cm～6.5cm；以全站儀數值為參考，GPS RTK放樣高程中誤差為4.3cm。

6 結語

工程實踐表明，GPS RTK測量技術具有作業效率高、測量精度高、自動化程度高等優勢，是替代傳統的測量技術手段。但在高等級的控制網布設中，由于GPS RTK技術自身的限制，精度尚達不到毫米級，因而應采用GPS相對定位技術或其他測繪技術。

參考文獻

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