GPS RTK在工程測量中的應用及優勢分析

摘 要：本文基于筆者多年從事城市工程測量的相關工作經驗，以RTK在城市控制測量中的應用為研究對象，探討了RTK的應用原理及方法，在此基礎上，筆者根據曾經參與的某工程測量經驗，對比了GPS RTK與常規控制測量之間的差別，全文是筆者長期測量實踐中的技術總結，可以直接指導實踐，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：GPS RTK 常規控制測量 誤差 分析

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（a）-0036-02

全球衛星定位系統（GPS）的全面建成和發展，導致了導航和測繪行業的一場重大深刻技術革命。GPS廣泛的應用于軍事、氣象、地震、水利、測繪等行業。其優點是具有全球性、全天候、連續導航和定位。能為各類用戶提供精密的三維、速度和時間。具有靈活、快速、省事、省力等優點，顯著提高工作效率。

我單位引進TOPCON HIPRO設備后，通過一系列的試驗，比較、研究分析，認為其具有常規測量無法比擬的優點。其優點如（圖1）。

（1）外業觀測簡便。

（2）定位精度高，一般都能達到厘米級，TOPCON HIPRO的標稱精度為：

（3）24 h全天候觀測，不受白天黑夜的影響，刮風下雨一樣可以觀測。

（4）經濟效益顯著，由于GPS衛星定位不需站間同視，所以不必建立費時費累的：n標，可以節省大量的人力、物力和時間。

GPS（RTK）的技術的發展，可以實現實時動態差分定位，能夠快速準確的定位。

主要通過工作中的一些實例來探討GPS RTK技術與常規測量在控制測量和工程測量的應用，來比較分析二者之間的優缺點。

1 GPS RTK的應用原理

（1）GPS RTK技術又稱為載波相位動態差分技術，即基準站位置已知對衛星載波相位觀測，基準站電臺將觀測的每一顆衛星的載波相位量調制到載波上發送傳遞。

（2）流動站對衛星進行載波相位觀測：即流動站接受基準站電臺傳遞的載波相位觀測量，流動站利用電臺接受到基準站的載波相位觀測量和本機的載波相位觀測量進行差分處理計算，求出觀測時刻的位置。

（3）特點：①需要數據鏈進行實時傳送載波相位觀測量。②實時定位數據可達厘米級精度。

2 GPS RTK的應用

（1）實時動態差分定位（RTK）最基本的組成包括三部分：①基準站接收機。②流動站接收機及支持動態差分的軟件系統。③數據鏈，建立無線數據通信是實施動態測量的特征。其原理是取點位精度較高首級控制點作為基準點，將基準站接收機設置在高處開闊通信條件良好的基準站上，連續接受所有可視GPS衛星信號，并將測站坐標、觀測值、衛星跟蹤狀態及接收機工作狀態通過數據鏈發送出去。流動站接收機在跟蹤GPS信號同時通過無線電臺接受來自基準站的數據，隨機計算機通過OTF算法解求載波相位整周模糊度，再通過相對定位模型獲取所在點相對基準站的三維坐標和精度指標。

（2）獲得流動站的精確坐標需以下幾個步驟。

①利用L1和L2的載波相位與C/A碼、P/Y碼偽距構成三差模型，求解流動站所在位置的近似坐標。

②雙頻擴頻技術動態求解寬巷模糊度代入雙差模型，通過參差檢驗迭代求出更精確的L1和L2的載波相位模糊解。當距離較長時，能削弱電離層的影響。觀測條件惡劣時（只能收到四顆公共衛星）具有模糊度重復檢驗的功能。

③根據相對定位模型，實時求解流動站的WGS-84坐標。

④根據給定的轉換參數，進行坐標的轉換。

⑤坐標解求精度評定，然后給出相應坐標系的精確坐標和精度指標。

3 GPS RTK與常規測量的比較分析

（1）為了城市規劃的工作需要，在某市某區布設一級導線，對導線網分別采用常規測量和GPS RTK方法進行施測，采用全站儀施測共9個點其坐標如（表1）所示。

（2）采用GPS RTK來代替常規測量一級導線測量。將基準站設在測區中部的高處符合基準站設立條件的地方。聯測4個已知高等級控制點作為首級控制，結算出當地坐標系轉換參數。為了提高測量精度，觀測時間大于l0 s，采用不同時間段觀測兩次，其中水平殘差值最大=±0.028 m、垂直殘差值最大=±0.061 m，對兩次觀測結果取其平均值。其觀測成果見表1第二列。

由表1誤差對比計算可以看出，最大點位較差=±0.038 m，最小點位較差=±0.001 m，較差中誤差=±0.020 m；高程最大較差=±0.022 m，最小較差=±0.008 m，較差中誤差=±0.016 m。

邊長最大差值=7 mm，方位角最大差值=-12"，邊長差值中誤差=±5.l mm，方位角差值中誤差=±5.8"，邊長最大差值相對中誤差=0.007/799.42=1/110000，滿足一級導線規范要求。

（3）在工程測量方面：對各種工程點的施工放樣收測，只要設置好基準站，對單點點位一般只需3～8 s，而且不需控制點間通視，通過使用全站儀檢測可以達到厘米級。對區內部分工程點檢測比較得出0.03 m≤M差≤0.09 m，完全滿足城市規劃要求。

4 結論

（1）通過以上所述可以得出GPS RTK技術能夠滿足工程測量中一、二級導線和三角工程測量的需要，由于GPS RTK技術不同于常規控制測量，所以不能完全用常規控制測量的技術標準來衡量，尤其是邊長較短相鄰點表現比較明顯。GPS RTK技術測量誤差均勻、獨立，不存在誤差積累問題，精度可靠程度較高。（2）GPS RTK能夠實時提供測量結果，不需要分級布網，可以大大減少成本，減輕工作人員的勞動強度，提高工作速度和經濟效益。（3）誤差與流動站至基準站的距離成正比，因此解求轉換參數的已知點應分布均勻，最好覆蓋整個測區。（4）在地形比較復雜，植被覆蓋較密的情況，基準站設置比較困難，電臺數據鏈傳輸就會受到影響，以至不能結算出待定點的坐標，所以GPS RTK技術不能完全替代常規測量（全站儀）。（5）測量時需采用一些方法來提高測量精度，如延長測量時間、選擇有利觀測時間、增加觀測次數或改變基準站等，要避免電磁和水面的鏡面效應對信號的影響。

參考文獻

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