GPS RTK技術在道路中線釘樁中的應用①

摘 要：本文介紹了GPS RTK技術的基本原理、GPS RTK系統的組成和工作條件、GPS RTK技術在道路中線釘樁方面的應用，可以有效地提高作業效率和產品質量，最后得出了GPS RTK技術的優點、局限性以及今后的發展方向。

關鍵詞：GPS RTK技術 道路中線釘樁 優點以及局限性

中圖分類號：P2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0037-02

全球衛星定位系統的全面建設和發展導致了導航和測繪行業的一場深刻的技術革命。GPS正以其高精度、自動化、全天候及高效益運作，同時又兼顧靈活方便的技術特征，且從根本上突破了傳統測量方法與技術的時空局限性。現代測量方法與技術已經能夠跨越時空和惡劣自然環境的限制，實現無人干預的自動連續觀測和數據處理。在以GPS為代表的科技背景下，又產生了實時動態測量（RTK）技術，從而使衛星定位技術發展到了一個輝煌的歷史階段。

在測繪技術方面，RTK技術主要應用于控制測量、像控點測量、線路中線釘樁、用地釘樁、工程建設中的施工放樣和各種比例尺地形圖測繪。

常規的道路中線釘樁測量方法通常是在測區內利用已有控制點布設導線，然后依據導線點來放樣道路中線樁點。常規作業方法一般要求至少3～4人操作，作業時一旦測算超限或精度不合要求還需要外業返測，費工費時，而近年迅猛發展的RTK動態測量技術，則使測繪行業正在經歷一場產業革命。利用RTK技術進行道路中線釘樁正逐漸取代常規作業方法，它具有速度快精度高的特點，更重要的是RTK技術還能實時查詢釘樁點位坐標及精度，幾乎不存在返工問題。

1 GPS RTK技術原理

1.1 GPS RTK原理

GPS RTK （GPS Real Time Kinematic）技術即實時載波相位差分技術，是實時處理兩個測點載波相位觀測量的差分方法。載波相位差分方法分兩類：一類是修正法，即將基準站的載波相位修正值直接發給流動站，改正流動站接受到的載波相位，然后求解流動站的實時坐標，該方法初始化速度慢，定位精度稍差；第二類是差分法，即求解起始相位整周模糊度，又稱RTK初始化，然后再進行實時差分。它要求基準站GPS接受機實時的把觀測數據及已知數據傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到5顆或以上衛星后，可實時求解出厘米級的流動站位置。

1.2 GPS RTK系統組成

RTK系統主要由三大部分組成。

（1）基準站接收機。

（2）數據鏈。

（3）移動站接受機。

1.3 GPS RTK系統的工作條件

GPS RTK系統正常工作需具備以下三個條件。

（1）基準站和移動站同時接收到相同的5顆以上GPS衛星。

（2）基準站同時接收到衛星信號并發出差分信號。

（3）移動站要連續接收到衛星信號和基準站發出的差分信號。

2 GPS RTK技術在道路中線釘樁中應用的具體過程

2.1 工程概況

本工程為北京市經濟技術開發區路東區道路釘樁，根據北京市經濟技術開發區路東區規劃道路網圖，本次所釘道路為東西向、南北向共計8條，總共15 km，涉及道路中線交點以及方向樁共計78個。

開發區路東區全是莊稼地以及茂密的灌木叢，長滿了玉米、高粱、黃豆以及荊棘，給道路中線釘樁帶來了巨大的障礙。由于鋪開的工作面比較大，特別是要求在3天內將道路中線樁位全部交給施工單位，時間緊、任務重、工作難度大，決定利用GPS RTK進行實地釘樁。

2.2 外業踏勘與資料準備

本次作業采用GPS RTK結合全站儀進行釘樁，條件好、遮擋少、信號好的地方直接采用GPS RTK進行釘樁；條件不好、遮擋多、信號不好的地方采用利用GPS RTK預留控制點，利用全站儀進行釘樁。起始控制點使用我院一、二級導線成果及一級GPS點成果。

2.3 基準站的選擇

基準站點位的選擇應便于安置接收設備，視野應開闊，周圍無高度角超過10度的障礙物，以保證GPS觀測順利進行?；鶞收拘柽h離大功率無線電發射源（如：電視臺、微波站等），并遠離高壓輸電線路?；鶞收靖浇坏糜袕娏腋蓴_接收衛星信號的物體。基準站周圍無GPS信號反射物，以減少多路徑誤差?；鶞收镜拈g距須考慮GPS電臺的功率和覆蓋能力，應盡量布設在相對較高的位置，以獲得最大的數據通訊有效半徑，方便發播傳送差分改正信號?；鶞收緫O在不低于一級導線精度的控制點上。

2.4 基準站設置

在已知點上架設好GPS接收機和天線，按要求連接好一切連線后，打開接收機，輸入基準站的北京地方坐標、天線高。待電臺指示燈顯示發出通訊信號后，流動站即可開始工作?；鶞收窘邮諜C接收到衛星信號后，經數據傳輸發射電臺將差分信息發送給流動站，一個基準站提供的差分改正數可提供數個流動站使用?；鶞收镜膬x器高在接收機開機、關機前均應在三個不同方向量取天線的高度，互差不大于3 mm，并做好記錄。每隔一段時間應對儀器設備的狀態進行檢查，確保在整個作業過程中儀器處于良好的工作狀態中。

2.5 流動站工作

通過手簿建立項目，對流動站參數進行設置，該參數必須與基準站及電臺相匹配，用已知點的平面和大地坐標進行點校正。接通流動站接收機和電臺后，接收機在接到GPS衛星信號的同時，也接收到了由數據通訊電臺發送來的差分改正數據，這個過程所需時間不到一分鐘，只要接收到5顆以上衛星和基準站的信息，操作人員就可以對所要釘樁的點位進行導航定位了。

（1）初始化的獲得：PDOP值<6；衛星高度截至角>15°；有效的觀測衛星數≥5顆。

（2）流動站跟蹤桿必須附加一個支架，保證在測量時跟蹤桿的圓氣泡嚴格穩定居中。

（3）基準站各項設置完成后，至少應有一個以上已知點對其進行校核，點位誤差不大于±5 cm。

（4）電子手簿的導航應該是在獲得GPS RTK觀測值的固定解后進行。當RTK固定解在穩定收斂后，就開始導航到點直至最后收斂至mm級精度，開始釘樁，做點之記且應該觀測記錄兩次作為驗樁值。

2.6 精度分析

放樣點的理論坐標與釘樁后所測得的驗樁坐標列表如表1。

由表1可以看出，將放樣點的理論坐標與釘樁后所測得的驗樁坐標進行比較，Y最大誤差為1.6 cm，X最大誤差為1.1 cm，最大平面較差為1.9 cm，均小于5 cm的精度要求，說明釘樁成果符合規范要求，釘樁成果是可靠的。

3 結論

GPS RTK技術與傳統測量方法相比，具有以下優點。

（1）作業效率高。

GPS RTK作業可以全天候放樣且不受通視條件限制，一般地形條件下，高質量的GPS RTK設站一次即可測完4 km半徑的測區，大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的設站次數。如果幾個流動站同時工作則可以大大加快工作進度，大大提高作業效率。

（2）放樣精度高。

GPS RTK測量水平精度達±10 mm +1 ppm，高程精度達±20 mm+1 ppm。GPS RTK的放樣精度取決于GPS系統本身、GPS RTK設備、測量環境、用戶專業水平、放樣方法等5大因素。只要認真作業，規范操作，GPS RTK放樣可得到滿意的放樣成果。放樣精度達到厘米級，能滿足放樣要求，而且位精度分布較均勻。每個點的誤差均為隨機產生，不會像傳統測量一樣產生誤差積累，成果準確、可靠。

（3）節省人力資源。

用GPS RTK技術進行釘樁放樣，不需要額外布設控制網點，而且點間無需通視，省去了控制測量費用；由于作業時間短，一個GPS RTK流動站僅需一人操作儀器，一人釘樁并做點之記。因此人員大大減少，節省了人力物力。

（4）經濟效益高。

GPS RTK技術是一項20世紀末出現的高投入、高產出、高回報的新興科學技術且日趨完善和成熟。目前該技術已進入實用階段，在控制測量、像控點測量、線路中線定線、用地釘樁、工程建設中的施工放樣和各種比例尺地形測圖等個方面中發揮著巨大的作用，節約了大量的人力物力和時間。

同時GPS RTK技術具有它的局限性。

（1）受衛星狀態限制。

當衛星系統位置對作業區域不是是最佳的時候，作業區域在某一確定的時間段不能很好地被衛星所覆蓋，容易產生假值。另外，在高山峽谷深處及密集森林區，城市高樓密布區，衛星信號被遮擋時間較長，使得一天中的有效作業時間受限制。

（2）數據鏈傳輸受干擾和限制。

GPS RTK數據鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響外業精度和作業半徑。在地形起伏高差較大的山區和高樓密集區數據鏈傳輸信號受到限制。

（3）初始化能力和所需時間問題。

在山區，一般林區，城鎮密樓區等地作業時，GPS衛星信號被遮擋機會較多，容易造成失鎖，采用GPS RTK作業時有時需要經常重新初始化。

GPS RTK技術是一項具有廣泛應用前景和重要應用價值的新興科學技術，已經在測量和工程界產生了重大變革，而且伴隨著新一代GNSS網絡RTK測量技術的出現與應用、推廣，高精度GPS的發展進入了一個新的階段，它將使GPS的應用領域獲得極大的擴展，從根本上提高測量的質量和作業效率。

參考文獻

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