淺談GPS RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的重要應(yīng)用

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摘要：隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的快速發(fā)展，RTK（RealTimeKinematic）測(cè)量技術(shù)也日益成熟，RTK測(cè)量技術(shù)逐步在測(cè)繪中得到應(yīng)用。RTK測(cè)量技術(shù)因其精度高、實(shí)時(shí)性、高效性，使得其在城市測(cè)繪中的應(yīng)用越來越廣。本文在此舉例分析了GPS RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的重要應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS— RTK；測(cè)量；應(yīng)用

一、GPS RTK技術(shù)的原理

GPS RTK系統(tǒng)的組成主要包括RTK信號(hào)接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)；RTK技術(shù)使用的是相位差分的GPS，是先將改正數(shù)通過基準(zhǔn)站發(fā)出，流動(dòng)站將其成功接收后改正相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果，進(jìn)而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；RTK技術(shù)的工作原理是現(xiàn)在基準(zhǔn)站安放一臺(tái)接收機(jī)，流動(dòng)站上安裝一臺(tái)或者幾臺(tái)接收機(jī)，流動(dòng)站和基準(zhǔn)站就在同一時(shí)間接收由同一個(gè)GPS衛(wèi)星發(fā)射出來的信號(hào)，將已知的信息與基準(zhǔn)站獲得的觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而獲得GPS差分的改正后的數(shù)值，之后這個(gè)改正值會(huì)通過無限電臺(tái)傳到流動(dòng)站上，由流動(dòng)站對(duì)GPS觀測(cè)值進(jìn)行精化，最后得到準(zhǔn)確的流動(dòng)站的位置坐標(biāo)，這里的流動(dòng)站可以是靜止的，也可以是運(yùn)動(dòng)的。

二、GPS RTK技術(shù)的作業(yè)方法

GPS RTK技術(shù)的作業(yè)方法主要為無轉(zhuǎn)換法和鍵入?yún)?shù)法兩種；無轉(zhuǎn)換法是直接使用設(shè)置在流動(dòng)站和基準(zhǔn)站上的接收機(jī)來接收WGS-84坐標(biāo)，之后將地方坐標(biāo)與觀測(cè)獲得的WGS-84坐標(biāo)使用一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換；這種作業(yè)方法并不要求基準(zhǔn)站設(shè)置在坐標(biāo)已知的點(diǎn)上，可以在地勢(shì)較高的如開拓地、土包、房頂?shù)鹊胤椒胖肎PS RTK的接收機(jī)，并將其作為一個(gè)基準(zhǔn)站；當(dāng)使用不同的轉(zhuǎn)換方法時(shí)，所需要的提前觀測(cè)的已知點(diǎn)的數(shù)目也就不同。

鍵入?yún)?shù)法是先將地方坐標(biāo)和通過靜態(tài)觀測(cè)獲得的WGS-84坐標(biāo)鍵入手薄上再進(jìn)行轉(zhuǎn)換；使用這種方法，基準(zhǔn)站必須設(shè)置在坐標(biāo)已知的點(diǎn)上，為了檢核的需要，可以在條件允許的情況下測(cè)定幾個(gè)已知點(diǎn)，也可以不必對(duì)其他已知點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)；進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以通過設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)來建立一個(gè)基準(zhǔn)站，并且將如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、高程、坐標(biāo)等必要的數(shù)據(jù)輸入到控制手薄上，流動(dòng)站可以由一臺(tái)或者幾臺(tái)GPS接收機(jī)構(gòu)成；流動(dòng)站和基準(zhǔn)站同時(shí)接受GPS衛(wèi)星發(fā)射出來的信號(hào)，基準(zhǔn)站通過基準(zhǔn)站電臺(tái)將所獲得的信號(hào)傳遞給流動(dòng)站，流動(dòng)站將基準(zhǔn)站傳過來的信號(hào)與從衛(wèi)星上接收的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)平差及差分處理，進(jìn)而獲得本站高程、坐標(biāo)以及精度等實(shí)時(shí)指標(biāo)，并將預(yù)測(cè)精度與實(shí)測(cè)精度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，若實(shí)測(cè)精度與預(yù)測(cè)精度之間的差值小于限值，這時(shí)手薄就會(huì)提示測(cè)量人員是否接受該數(shù)值，選擇接收后手薄就會(huì)存儲(chǔ)測(cè)量得到的精度、高程以及坐標(biāo)等數(shù)據(jù)。

三、RTK技術(shù)的應(yīng)用

1、控制測(cè)量

隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)常被破壞，影響了工程測(cè)量的進(jìn)度，如何快速精確地提供控制點(diǎn)，直接影響工作的效率。常規(guī)控制測(cè)量，要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且精度不均勻；GPS靜態(tài)測(cè)量，點(diǎn)間不需通視且精度高，但需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。應(yīng)用RTK技術(shù)將無論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2、像控點(diǎn)測(cè)量

航空攝影測(cè)量基礎(chǔ)工作是像控點(diǎn)測(cè)量，傳統(tǒng)的方法要布設(shè)大量的導(dǎo)線來測(cè)量部分平高點(diǎn)，內(nèi)業(yè)再空三加密。采用RTK技術(shù)測(cè)量，只需在測(cè)區(qū)內(nèi)或測(cè)區(qū)附近的高等級(jí)控制點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，流動(dòng)站直接測(cè)量各像控點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程，對(duì)不易設(shè)站的像控點(diǎn)，可采用手簿提供的交會(huì)法等間接的方法測(cè)量。像控點(diǎn)的精度要求對(duì)于RTK測(cè)量來說是不難達(dá)到的。與傳統(tǒng)作業(yè)相比較，它不需要逐級(jí)布設(shè)控制點(diǎn)；與靜態(tài)GPS測(cè)量相比，縮短了作業(yè)時(shí)間，因而大大提高了作業(yè)效率，功效至少提高3～5倍。

3、線路中線定位

RTK測(cè)量技術(shù)用于市政道路中線或電力線中線放樣，放樣工作一人也可以完成。將線路參數(shù)如線路起終點(diǎn)坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等輸入RTK的外業(yè)控制器，即可放樣。放樣方法靈活，即能按樁號(hào)也可按坐標(biāo)放樣，并可以隨時(shí)互換。放樣時(shí)屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動(dòng)，直到誤差小于設(shè)定為止。

四、GPS—RTK在城市測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析

該城區(qū)為工業(yè)區(qū)和居民生活區(qū)，城市建構(gòu)筑物密集，交通繁忙，無線電信號(hào)復(fù)雜，街道兩旁樹木密集。本次需測(cè)量的宗地地塊遍布整個(gè)城區(qū)，總測(cè)量面積約5.4km2，分布區(qū)域近8.1km2，權(quán)屬關(guān)系復(fù)雜，用地種類較多，宗地?cái)?shù)目多，權(quán)屬界址點(diǎn)數(shù)量大，采用常規(guī)測(cè)量手段施測(cè)十分困難，很難在短時(shí)間內(nèi)完成所有宗地的權(quán)屬界址點(diǎn)測(cè)量工作，以滿足宗地權(quán)屬單位對(duì)地形測(cè)量工作的要求。

其作業(yè)過程如下：選取精度高、可靠性好的城市基本控制網(wǎng)點(diǎn)作為RTK測(cè)量的工作基準(zhǔn)在試用試驗(yàn)階段，針對(duì)所選用的GPS儀器，得出了該城區(qū)流動(dòng)站在作用距離為4km范圍內(nèi)，能高質(zhì)量、清晰地接收基準(zhǔn)站發(fā)出的數(shù)據(jù)。以此為參考數(shù)據(jù)，選定了分布于該城區(qū)的城市D級(jí)GPS三維控制網(wǎng)點(diǎn)7點(diǎn)，組成本次測(cè)量工作的基準(zhǔn)框架網(wǎng)，并利用7個(gè)控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)系和1954年北京坐標(biāo)系成果計(jì)算出用于GPSRTK測(cè)量的7個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

GPSRTK定位精度試驗(yàn)：選取1個(gè)GPSRTK測(cè)量基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)，架設(shè)RTK基準(zhǔn)點(diǎn)，流動(dòng)站在離基準(zhǔn)站4km范圍內(nèi)，有目的地施測(cè)了城市I級(jí)控制點(diǎn)、E級(jí)GPS控制點(diǎn)和宗地權(quán)屬界址點(diǎn)共計(jì)9個(gè)點(diǎn)，并采用靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)、全站儀測(cè)量技術(shù)測(cè)量宗地權(quán)屬界址點(diǎn)坐標(biāo)，將這些測(cè)量結(jié)果、已知成果與GPSRTK測(cè)量結(jié)果相比較。

GPSRTK定位精度評(píng)價(jià)：RTK測(cè)量結(jié)果與其他測(cè)量技術(shù)獲取的測(cè)量結(jié)果互差均在厘米級(jí)，其中互差最大為1.8cm，最小為0.3cm，平均為1.12cm。可以認(rèn)為GPSRTK測(cè)量結(jié)果的點(diǎn)位精度達(dá)到厘米級(jí)，而且各點(diǎn)位之間不存在誤差累積，克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的弊病，完全能滿足城鎮(zhèn)地形測(cè)量對(duì)權(quán)屬界址點(diǎn)的測(cè)量精度要求。

采用GPSRTK測(cè)量技術(shù)施測(cè)界址點(diǎn)坐標(biāo)在檢測(cè)試驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上，以GPSRTK基準(zhǔn)框架網(wǎng)點(diǎn)為基礎(chǔ)，分別架設(shè)GPS基準(zhǔn)點(diǎn)，使用1+2工作模式，用兩套GPSRTK接收機(jī)作為流動(dòng)站進(jìn)行測(cè)量。

由于所用GPSRTK系統(tǒng)的發(fā)射電臺(tái)只有4W，十分省電，中途不需更換電池，就可使用1天，十分方便；流動(dòng)站在第1次測(cè)量時(shí)，在一已知點(diǎn)上作GPSRTK測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果與已知點(diǎn)進(jìn)行比較，從而檢查GPSRTK系統(tǒng)是否工作正常及基準(zhǔn)站坐標(biāo)輸入十分正確；最后，將GPS獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入計(jì)算機(jī)，可及時(shí)地精確地獲得界址點(diǎn)圖形信息，準(zhǔn)確地制作宗地圖、地形圖，計(jì)算宗地面積等。

五、GPS RTK技術(shù)的質(zhì)量控制

在使用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，發(fā)現(xiàn)影響測(cè)繪精度的因素有以下幾點(diǎn)：①使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精確度。在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解時(shí)，需要三個(gè)以上的已知公共點(diǎn)方可，它的精度不僅和測(cè)區(qū)內(nèi)所選擇的公共點(diǎn)的數(shù)量以及位置有關(guān)，而且與所用已知點(diǎn)自身的精度有關(guān)；②測(cè)繪作業(yè)的環(huán)境。從RKT技術(shù)的工作原理上可以看出，若基準(zhǔn)站的坐標(biāo)精度不高，就會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)站獲得的坐標(biāo)帶上系統(tǒng)偏差，所以在選擇基準(zhǔn)站坐標(biāo)時(shí)必須選擇精度高的；③人為因素的影響。在使用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，測(cè)量人員的對(duì)儀器的熟練程度直接影響到測(cè)繪結(jié)果的精度；在實(shí)際測(cè)繪作業(yè)時(shí)，若在屏幕未顯示出固定解時(shí)就記錄相關(guān)的數(shù)據(jù)，這就會(huì)使測(cè)設(shè)點(diǎn)的精度過低，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致測(cè)繪錯(cuò)誤；若接收機(jī)的天線在使用時(shí)未保持垂直，所得到的測(cè)設(shè)結(jié)果就不可以使用，使得測(cè)設(shè)點(diǎn)的坐標(biāo)精度由于人的緣故而降低。