我國工程測量中GPS-RTK技術剖析

李長戰

(余姚北斗測繪有限公司浙江寧波315400)

我國工程測量中GPS-RTK技術剖析

李長戰

(余姚北斗測繪有限公司浙江寧波315400)

本文結合作者自身多年現場實踐，簡要介紹了GPS-RTK技術基本原理及構成，以工程測量為例闡述了GPS-RTK技術在我國工程測量中的應用，分析了GPS-RTK技術具體應用中的優勢和優點，并就RTK技術在實際應用中遇到的問題提出有益的見解。

GPS-RTK工程測量精度分析

GPS技術主要有靜態定位技術、實時動態定位技術(GPS—RTK)、網絡實時動態定位技術

(Network RTK)、廣域差分技術(WADGPS)、全球動態定位技術(Global RTK)等。本文主要介紹實時動態定位技術(GPS—RTK)在工程測量中的應用。

1　 GPS—RTK系統原理及構成

1.1基本原理

RTK測量技術，是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS (RTD GPS)測量技術。實時動態測量的基本原理是在基準站上安置一臺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，通過無線電傳輸設備，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標，其精度可達到厘米級。

1.2RTK測量系統的構成

RTK測量系統主要由GPS接收設備、數據傳輸系統和軟件系統構成。

1.2.1GPS接收設備

在基準站和用戶站上，分別設置雙頻GPS接收機。由于雙頻觀測值不僅精度高，而且有利于快速準確地解算整周未知數。

1.2.2數據傳輸設備

數據傳輸設備也稱數據鏈，由基準站的無線電發射臺與用戶站的接收機組成，其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準站的距離、環境質量、數據的傳輸速度。

1.2.3軟件系統

支持實時動態測量的軟件系統的質量和功能，對于保障實時動態測量的可行性、測量結果的可靠性和精確性，具有決定性意義。

2　 GPS技術在工程測量中的作業流程

2.1內業準備

在實施GPS外業測量前，應事先對測區進行踏勘，根據工程測量的特點完成內業的準備工作，主要包括以下幾個方面的內容：

（1）根據工程項目，設定工程名稱；（2）參數設置：基準站的數據采樣率一般為4～5S，流動站的數據采樣率一般為1～2S，高度截止角通常設定為10度；（3）若已知坐標轉換參數，則輸入手簿；（4）實施工程放樣前，內業輸入每個放樣點的設計坐標、線路方位角，以便野外實時、準確放樣。

2.2求定測區轉換參數

工程測量是在北京坐標系或獨立坐標系上進行的，這就存在WGS一84坐標與北京坐標系或獨立坐標系的坐標轉換問題。由于RTK作業要求實時給出當地坐標，這使得坐標轉換工作非常重要。

（1）對于較大型的測區事先測定轉換參數，在RTK作業時，直接輸人參數和基準站坐標。

利用高等級控制點同一點的2種坐標求出的轉換參數。

（2）也可在RTK作業時臨時求得轉換參數。首先在對空視野開闊的地方設立基準站并采集單點定位WGS一84坐標，然后流動站聯測3個以上的高等級的控制點，求解坐標轉換參數。

2.3基準站的安置為保證觀測的精度和提高工作效率，基準站的安置應滿足下列條件：

（1）基準站可設立在精確坐標的已知點上；

（2）基準站安置應選擇在地勢較高、通視無遮擋、電臺有良好覆蓋區域的地方，首選是測區中央地區；

（3）為防止多路徑效應和數據鏈的丟失，基準站200米范圍內應無高壓電線、電視差轉臺、無線電發射臺等干擾源，周圍應無GPS信號反射源；

（4）基準站電臺的天線應架設在GPS接收機主機的北方。

2.4GPS—RTK施測及放樣

選擇對天通視較好，四周無各種強電磁干擾源的地方設置基準站。當測區可見GPS衛星數在5顆以上、PDOP值小于6時，一般只需5～15秒就可完成初始化而得到固定解。每臺移動站只需一人即可進行測量作業，每次開始作業應對已知控制點進行檢查，確保系統無誤后，應用GPS電子手簿即可進行地形地物點、勘探坑道的采集或勘探線剖面、勘探工程點的放樣作業，每點采集記錄時間約1～10秒。

3　 RTK應用及定位精度分析

某礦區地勢起伏不大，天空開闊，除個別地方外對RTK作業無大的影響。該工程控制測量、勘探剖面線、勘探工程點的放樣均采用RTK作業。相鄰觀測點間全站儀實測和RTK實測距離抽樣檢查比較，見表1。

表1　相鄰觀測點間全站儀實測和RTK實測距離較差m

從上表來看，RTK測量既可以實時提供點位坐標和高程，又可實時知道測量點位精度，能夠較大地提高工作效率。同時從測量結果來看，RTK測量點位精度可達厘米級，完全能夠滿足工程測量的需要。

4　 RTK技術的優點

（1）傳統測量外業容易受到地形、氣候、季節等諸多因素的影響，使測量精度、作業速度都受到很大限制，在能見度低，通視條件差的情況下，有些測量作業根本無法進行。而GPS—RTK技術，解決了這個問題。

（2）定位精度高，數據安全可靠，測站間無需通視。

在沒有已知基準點或基準點被破壞而造成的控制點不足的地區和由于地形復雜、地物障礙而造成的通視困難地區能快速的、高精度定位。

（3）綜合測繪能力強，作業集成度高，易實現自動化。

可勝任各種測量內、外業工作。基準站能夠為不同用戶提供多項信息輸出，流動站利用內置軟件控制系統，在作業時，無需人工干預便可進行整周未知數的動態初始化解算，使輔助測量工作極大減少，作業精度也自動控制和記錄，從而使自動化作業指揮系統的建立成為可能。

（4）操作簡便，對作業條件要求不高，數據傳輸、處理、存儲能力強，與計算機、全站儀等測量儀器通信方便。

（5）作業人員少，定位速度快，綜合效益高。

GPS接收機僅需一個人操作，在待測點等待l-2秒即可獲得該點的坐標，外業效率高；內業便于計算機處理，節省了時間和人力。

5　總結

在科學技術飛速發展的今天，GPS—RTK技術給測繪工作帶來了革命陛的變化，它改變了傳統的測量模式，它能夠實時完成厘米級定位精度和在不通視的情況下遠距離測量坐標，它具有需要的測量人員少、速度快、不需要同時觀測、精度高等特點，能夠極大地提高工作效率。但是它的作業方式是依賴于有足夠的衛星數、穩健的數據鏈等外界條件，在工程測量中顯得很突出，有時會出現無法正常作業的情況，這就需要不斷完善GPS—RTK技術，尋求先進的作業方式。隨著CORS參考站的建立，GPRS和CDMA技術的應用，RTK技術將不斷成熟，必定會更好的服務于工程測量。

P2[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-262-1