GPS—RTK測量在城市建筑群中的應用

摘要：實時動態（RTK）測量系統，是GPS 測量技術與數據傳輸技術的結合，是GPS 測量技術中的一個新突破。本文結合工程實例，介紹了GPS -RTK在城市控制測量中的應用，并就其測量精度、方法進行了分析、比較，獲得了滿足地理信息大數據要求的城市數據。

關鍵詞：GPS測量;城市建筑;大數據

RTK 測量技術是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS 測量技術，其基本思想是：在基準站上設置1 臺GPS 接收機，對所有可見GPS 衛星進行連續地觀測，并將其觀測數據通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS 接收機在接收GPS 衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位原理，實時地解算整周模糊度未知數并計算顯示用戶站的三維坐標及其精度。

1.工程實例

從化區，廣東省廣州市三個城市副中心之一，位于廣東省廣州市東北面，東與龍門縣、增城區接壤，南跟白云區毗鄰，西和清遠市、花都區交界，北面同佛岡、新豐縣相連。北回歸線橫跨境內南端的太平鎮，氣候溫和，雨量充沛。隨著次貸危機的平穩解凍，廣州的建設速度正在加快，道路基礎設施的建設日新月異。這就要求地理信息大數據的更新必須足夠迅速。2014年12月上旬，某商業地圖運營商委托我方進行最新的道路及地表物的測量。我單位使用了多站聯合移動GPS測量的方式對該地區進行了高精度測量。

該地區在從化中學以東、街口大橋以西、東富廣場以北、從化體校以南，東西長度約1.9公里，南北長度約3.0公里。該地區道路支巷比較密集，實際測量路徑長度694公里，GPS固定基站假設6處，移動基站采用車載方式運行，最終目標數據在移動基站上測出。

圖1：測量區衛星地貌

固定基站采用采用G PS-R TK 技術對測區進行圖根控制測量。為了滿足1∶500數字化地形測量的需要，在此基礎上采用R TK技術在測區內做了一定數量的一級圖根點進行圖根控制網的加密工作。

2 GPS RTK測量技術

2.1 基準站的選定原則

數據傳輸系統由基準站發射電臺和流動站接收電臺組成，它們是實時動態測量的關鍵設備，穩定可靠的數據鏈是動態初始化的前提，保持高質量的數據傳輸，可以減少整周模糊度的解算時間，大大提高工作效率，所以基準站的安置是順利實施R TK 作業的關鍵之一，基準站安置應滿足下列條件：

（1）基準站可設立在有精確坐標的已知點上，也可設在未知點上（最好設在已知點上），如果不架設在已知點，可通過找到控制點，重設當地坐標。

（2）基準站安置應選擇地勢較高、視空無遮擋、電臺有良好覆蓋域的地方，城市測量首選測區高大建筑物上。

（3）為防止數據鏈的丟失和多路徑效應，應遠離大面積水域、大型建筑物等，基準站周圍應無G PS 信號反射物（大型停車場、大型建筑物、車輛擁擠的街區等）、200 m 范圍內無高壓電線、電視臺、無線電發射臺等干擾源。

2.2 布網

G PS 基線向量網的等級：依據國家測量規范、各行業測量規范、任務要求來定等級。根據我國1992 年所頒布的全球定位系統測量規范，G PS 基線向量網被分成了A，B，C，D，E 5 個級別（詳見表1）

表1" GPS 基線向量網等級表

注：A 級網一般為區域或國家框架網，區域動力學網;B 級網為國家大地控制網或地方框架網;C 級網為地方控制網和工程控制網;D 級網為工程控制網;E 級網為體圖網。

2.3 控制測量

利用G PS-R TK 協同全站儀進行數字化測圖的作業流程圖所示，包括控制測量、圖根點測量、碎部點測量和數字化測圖。其中，利用R TK技術既可測量圖根點，又可測量碎部點。如圖2所示。

圖2" 數字化測圖作業流程

控制測量可以直接用R TK 建立G PS 控制網。從這一點上來說，如果在數字測圖工作中選用既可以進行靜態測量又可以進行R TK 測量的G PS 儀器，就可以完成整個數字測圖的全部控制測量外業和大部分地形測量工作，只有少部分無法使用G PS-R TK 進行測量的區域需要使用全站儀進行測量。而且使用G PS 動態測量技術進行地形點和碎部點的測量工作，還可以大大減少圖根控制點的數量。因為G PS 動態測量的作業半徑一般可以達到15km 甚至更長，所以相鄰圖根控制點間的距離可以在20 至25km 左右，從而大大減少了控制測量的工作量。

2.4 地形測量和碎部測量

在地形測量項目中，采用G PS-R TK 系統進行碎部數據采集具有受天氣因素影響小、測圖精度高、無須考慮控制點間的通視問題等優點，但是也存在不能觀測居民地及復雜地形（如溝渠）觀測困難等缺陷。

（1）在地形測量過程中對于開闊區域的獨立地物、線狀地物，G PS-R TK 系統可以直接觀測，其精度可達1～2cm。具體做法為在各類地物的定位點上安放流動站，待儀器的狀態固定后輸入各類地物相應的屬性編碼進行保存，在內業整理時由程序根據屬性編碼對各類地物進行相應的表示。

（2）在地形測量的開闊區域也會有一些居民地、廠房、廢棄房、機井房、養殖場等獨立或小片的建筑物，對上述地物進行分類，以項目效益最大化為原則，采取不同的措施進行處理。G PS-R TK 系統對地形測量中遇到的建筑物處理方式如下：

①對于低矮建筑物，將對中桿加高，讓G PS-R TK 系統的衛星接收天線伸到房頂后直接觀測;②對于結構簡單的高大建筑物，以G PS2R TK 系統采用觀測輔助點的方式觀測，如圖3所示，欲觀測房角A、B、C、D，在其各自的延長線上觀測輔助點1～8，然后畫草圖并注記待測點、輔助點點號及連接順序，內業編輯時按順序連線，即可求出房角A、B、C、D;③對于結構復雜的高大建筑物，在其附近合適位置利用G PS-R TK 系統做圖根控制點，然后用全站儀補測。

（3）地形測量項目多分布于城鎮、廠礦等經濟相對發達的區域，此區域內通訊、電力系統都比較發達，輸電塔、高壓桿、低壓桿、通訊桿比比皆是。在G PS-R TK 系統碎部數據的采集中，對高壓桿、低壓桿、通訊桿等必須精確定位，而各類桿均有一定的粗細與高度，當G PS 衛星接收天線靠緊桿位后會遮擋一部分衛星信號，且桿上的電力線、通訊線均具有電磁干擾，會給數據采集造成困難。如果以G PS-R TK 系統采集其他碎部數據，以全站儀補測各類電桿、通訊桿，工作量會成倍增加。

3 RTK 與全站儀數字化測圖比較

RTK 數字化測量與全站儀數字化測圖的比較如表2 所示。

從表2 可看出，利用G PS-R TK 定位技術進行數字化測圖比全站儀數字化測圖更具有優勢。在從化1：500 地形圖測繪項目中，如地勢較為開闊就盡量采用R TK 定位技術進行作業;當遇到高大建筑物等信號遮擋區域時，采用全站儀測圖。可見，在從化數字化測圖工程中，采用R TK 協同全站儀進行數字化測圖，而非單一方式作業，對提高整體工效是非常有意義的。

表2" RTK 數字化測量與全站儀數字化測圖的比較

4 結束語

總之，在城市測量中，RTK 測量是一場革命性的飛躍，其特點使城市控制、地形、工程以及像控等測量變得簡單、方便和耳目一新。在應用方面正逐漸取代常規的測量手段。而RTK 系統的質量越高，其初始化能力就越強，受環境的限制就越小，精度也就越高，其優勢也就越明顯。

參考文獻：

[1]華志.GPS（RTK）平面定位技術在城市測量中的應用淺談.[J].科技致富向導，2012.10（10）：68-69

[2]文超;黎金峰.動態GPS在城市測量中的應用.[J].珠江水運，2014.6（06）：73-74