淺析GPS-RTK技術在工程放樣中的應用

錢 峰

成都建工第九建筑工程有限公司

1 引言

以往主要依靠全站儀、水準儀等儀器進行建筑施工現場放樣，但存在設備操作難度大、測量進度滯后、累計誤差大等問題，且對于測量人員的依賴性較高。通過引入GPS-RTK 技術進行場地測設，可適應復雜地形與不同構筑物模式下的工程測量要求，依托自動化作業模式實現多種測繪功能，有效提升作業精度與效率。

2 GPS-RTK設備的工作原理與應用優勢分析

2.1 基本工作原理

GPS 技術主要由衛星、地面控制系統、用戶三個部分組成，具有全天候、實時性、精確度高等特征，用于提供定位服務。RTK技術是一種利用高精度載波相位觀測值的實時動態差分定位技術，包含位置差分、偽距差分、相位差分三種類型，由流動接收機接收來自基站發送的改正數據，并針對測量結果進行改正、獲取精確定位數據。由于改正數據、流動站運動速度均會影響到位置差分與偽距差分模式下接收處理數據的延時效果，導致定位數據精度下降，因此當前普遍采用相位差分技術進行工程放樣測量。選取1臺GPS接收機設為基準站，將基站位置參數輸入系統中，同時選取1臺或多臺GPS設備設為流動站，由基準站、流動站共同接收GPS 衛星信號，二者通過互發信息完成實時差分及平差處理，并將獲取到的流動站點位置數據與預設精度進行比較，生成最終測量結果。

2.2 應用優勢

首先，采用GPS-RTK技術可有效提高定位精度與測量過程中的抗干擾能力，例如在地勢相對較高的場地進行測量放樣時，僅需設置1個操作站即可監測到15km范圍內的區域概況，有效降低測量難度、提高施工效率。其次，GPS-RTK設備在實際操作上較為便捷，通過設置基準站、流動站即可完成位置坐標的放樣測量，可在移動過程中實時獲取測量數據，并且借助與計算機等測量設備間的通信完成數據的傳輸、處理、存儲與轉換。最后，RTK技術適用于多種測繪類型的內、外業工作，依靠內裝式軟件控制系統與計算機接收外業數據即可使流動站獨立完成多項測繪工作，有效免去輔助測量工作、降低人為誤差，且自動化、集成化程度較高，可有效保障測繪精度、優化測繪功能。

3 GPS-RTK技術在工程放樣中的具體應用探討

3.1 工程概況

以四川省成都市中和污水處理廠二期項目為實例，該項目占地面積約180畝，單體建筑物共計三十余處，各單體建筑物之間間距大，所需設置的測點數量較多，工期較緊、對于測量結果精確度的要求較高。通過針對工程現場的實際情況進行觀察，倘若采用傳統全站儀、經緯儀、水準儀等儀器進行工程測量，其涉及到的儀器設備與支架重量較大、不易于攜帶，至少需2人以上配合完成測量工作，測量速度較慢、不便于現場操作；由于該工程土方挖填方量較大，對于土方測設的精度、可靠性要求較高；又因該項目涉及到的單體建筑數量較多，在測量過程中需反復轉點，易導致測量進度滯后、累計誤差增大。

通過將GPS-RTK 設備引入測繪內外業中，僅需1 名測繪人員即可攜帶移動站進行作業，測點速度較快、測量天數可縮短5倍左右，并且將其應用于大型工程土方測量中可快速繪制出土石方方格網圖，為現場施工創設了便捷條件。在GPS-RTK作業模式下，流動站借助內裝式軟件控制系統實現多種測繪功能，具備強大的自動化、集成化效果，可有效減少人工干預與輔助測量工作量、克服誤差累計問題，減小人為誤差、提高定位進度，有效提升測量工作的可靠性與測量效率。

3.2 放樣前準備工作

3.2.1 架設基準站

由于該工程涉及到30余棟單體建筑、測量點數量較多，因此需在放樣前構建控制網，將控制網精度設置在5cm以下，選取施工現場視野開闊處設置基準站，將基準站天線高度角控制在5°-15°范圍內，保障周圍無障礙物遮擋、便于跟蹤觀測衛星，同時確保基準站周邊200m范圍內無大功率無線電發射設備等干擾源，保障差分信號的傳輸質量。在完成點位選定后架設基準站，啟動GPS 接收機，并配置好基準站的各項參數。通常每個流動站僅需安排1 名作業人員通過操作RTK 手簿進行具體測量作業，將GPS接收機、天線、測桿連接后，利用手簿開啟GPS接收機、完成流動站參數配置，隨后連接基站的無線電，并輸入流動站天線高。

3.2.2 GPS平面測量與基線解算

依據建筑工程測量要求設置復測的控制點，圍繞控制點完成控制網的構建，隨后完成加密計算，結合選取的控制點架設基準站、構建控制網，借此保障測量結果的準確度。在此基礎上，利用軟件進行數據處理與無約束平差計算，將獲取到的測量坐標與預先提供的坐標進行比較，完成7個轉換參數的計算，將高程差計算結果換算為最低潮面基準函控制點比測，并且利用轉換參數與GPS數據進行比測，完成基準站的設計，將控制點坐標誤差控制在允許范圍之內。

3.3 RTK放樣測量與質量控制

采用GPS-RTK 設備進行工程放樣測量，需利用VB 程序計算出坐標放樣點，將坐標參數存儲后向已建立的坐標放樣RTK中輸入數據、完成系統參數設置，并且在放樣過程中需控制好放樣點與測量參數轉換，令移動站對中整平，配合平滑數據分析、測量尺寸等方式進行放樣誤差的檢測。為最大限度降低RTK測量誤差，可采用以下三種方法：其一是已知點檢核比較法，在構建控制網環節采用靜態GPS 多測出一些控制點，隨即利用RTK設備檢測出控制點的坐標數值、完成比較檢核，保障及時修正誤差；其二是重測比較法，待完成初始化后選取1-2個已完成測試的RTK 點或精度較高的控制點進行復測，待保障測量結果準確后再進行RTK測量；其三是電臺變頻實時檢測法，需在測區范圍內設置至少2個基準站，各基準站以不同頻率發送改正數據，利用變頻開關選擇流動站接收到的改正數據、生成2個以上解算結果，經由比較后即可用于判斷檢測質量。

3.4 RTK測量精度分析

在該工程中采用的GPS-RTK 儀器主機采用完全一體化結構形式，主板與GSRS/CDMA 網絡模塊的靜態平面精度為3mm+1ppm、高程精度為5mm+1ppm，RTK定位平面精度為1cm+1ppm、高程精度為2cm+1ppm；儀器主要采用AUTOROVER自動選頻技術，UHF 接收天線置中，向上設置，用于保障電臺電線電磁中心與接收機雙頻天線電磁中心融合，增強抗干擾能力；配合工程之星、測圖之星、電力之星、導航之星等儀器提供特征點采集、點放樣、直線/曲線放樣、路線放樣等功能，并且可實現圖形化顯示與操作，滿足工程測量需求。以本工程為例，其檢測結果表明，GPS-RTK 儀器測量的點位誤差為0.3m～2.6cm、中誤差為2.01cm，高程誤差控制在0.7cm～3.4cm范圍內、中誤差為2.44cm，測量結果的可靠性較強、精度較高，同時其操作便捷度較高，僅需利用基站與衛星完成信號傳輸，利用本地坐標進行坐標采集與放樣，有助于縮短前期準備時長、加快整體工程進度，可有效滿足建筑工程測繪需求。

4 結語

GPS-RTK 是一種適用于多種工程類型的信息化儀器，通過基站與衛星的信號傳輸，利用本地坐標完成坐標采集與放樣，對于工程測量具有較強的實用價值。將其引入建筑工程施工現場進行測量放樣，能夠有效保障工程進度、縮短工期，且易于操作、測量結果精度較高，為大型建筑工程的現場施工提供了重要保障。