試論GPS—RTK測量技術在工程中的應用

四會市城鄉規劃局規劃測量隊 廣東四會 526200

摘要：GPS-RTK技術具有實時性強、操作簡便、無須通視、定位精度高等優點，提高了測量工作效率，充分保證測量精度，在我國測量工程中得到了廣泛應用。文章對GPS-RTK測量技術在工程中的應用進行了分析。

關鍵詞：GPS-RTK；測量技術；工程應用

1.GPS-RTK動態測量技術的工作原理

（1）實時載波相位差分。RTK 動態測量技術是以載波相位觀測量為依據的實時差分GPS 測量技術，工作時需選取精度較高的控制點作為基準站，架設一臺接收機，對可見衛星進行連續觀測，并將觀測數據經無線電波發送至流動站接收機，經過相對定位實時計算流動站的三維坐標。

（2）坐標轉換。經相對定位得出的三維坐標反映在WGS-84 坐標系中，而在我國使用的均為北京54 坐標系或西安80 坐標系，因此需要對其進行坐標轉換，來達到為我所用的目的。坐標轉換可采用先將GPS測得成果投影成平面坐標，用已知控制點計算二維相似變換的四參數，實現坐標轉換；高程可采用平面擬合或二次曲面擬合模型，利用已知水準點推算出待測點的高程異常，從而求出該點高程。

2.動態測量技術的優越性

（1）自動化程度高，操作簡便。測量時只需將參數進行簡單的設置，即可對沿線坐標采集或工程放樣。且數據處理簡單，通過數據線實現與計算機進行數據傳輸。

（2）快捷、高效。如接收信號正常，GPS-RTK 動態測量作業半徑可達10KM 左右，在此范圍內，只要進行一次設站，即可連續工作，不僅減少了現場設點需求，而且單人就能完成，大大的降低了勞動強度和工作成本。

（3）無誤差積累。常規儀器因條件限制，工作中需要多次或不斷搬站，誤差會出現累積的狀況，隨搬站次數增加，累積誤差就會越大，影響測量精度和測量成果；而RTK 只要滿足其工作條件，在作業半徑范圍內，它的精度始終不變，能達到厘米級。

（4）不受通視條件限制。傳統測量測站之間相互通視一直是困擾測量的難題，往往使測量工作大受周折，進而影響整個工程進度。RTK測量對兩點間的通視沒有要求，只需滿足其通訊正常、無電子干擾等基本工作條件，相對于傳統測量，它的受限制條件較少。

（5）省時、即時。GPS 衛星的數目較多，且分布均勻，滿足基本條件下，可在隨時隨地實現測量工作，一般不受天氣狀況的影響。

3.GPS-RTK 在城市工程中的應用

以下以某工程為例，介紹GPS-RTK動態測量技術在實際工程建設中的應用，充分發揮GPS-RTK的優勢，并根據GPS 測量技術制定測量控制方案，使工程建設各階段測量工作及時、優質的完成：

（1）建立測量控制網。根據總承包的交樁點資料，互通區各設2條導線和水準線路。用GPS 靜態法建立測區控制網，控制點相鄰點間距1～2公里，并已知點聯測，計算各控制點平面坐標，平差時考慮投影變形，并采取相應的措施進行變形改正，控制網精度滿足建設E級要求。

（2）基準站選定。基準站布設在項目部辦公樓天臺，此處地勢較高、四周開闊，有利于電臺發射。控制點用5cm 長、直徑1cm 的不銹鋼釘作為標志，并用鉆孔機打孔后埋設，該點穩固、精確。

（3）選擇合適的作業時段。互通區沿線地形地貌相對較為復雜，且處于城區周圍，為獲得齊全、準確的工程數據，在項目建設初期，即與當地氣象部門建立氣象信息合作機制，用于掌握測區天氣狀況，使得工程建設過程中，有利于選擇在晴空時段進行測量，此時衛星的捕獲不受云層、氣流等因素干擾，觀測條件佳，定位精度高。

（4）高程控制測量。因相關資料查閱不出地區高程異常數，導致GPS 測量獲得的大地高程，不便于直接進行換算轉化，同時，由于GPS 新線定測水準點設置要求在2km 左右，部分地段不能滿足觀測要求，而采用擬合高程，將不能達到精度要求，因此，水準控制測量仍采用水準儀作業。

（5）內業準備。根據設計圖紙提供的路線起始樁號、起點坐標、方位角、加直線長度以及曲線要素等技術參數，將其輸入計算程序，高架橋梁計算間距為10m（變截面和曲線段箱梁按2m）計算橋梁中心點和邊樁點坐標，地面道路主線計算間距為20m，匝道為5m計算道路中心點和邊樁點坐標，將計算結果導入GPS接收機存儲卡，以便外業測量時調用。

（6）外業測量。基準站可選在結構物頂部且精度較高的控制點上，架設好基準站接收機，開機后進行初始化設置和無線電設置，并將天線高等參數輸入接收機。流動站按同樣步驟設置好后，即可進行坐標放樣或數據采集工作，使測量工作變得簡便、靈活。

利用RTK動態技術進行測量，可將測量人員從繁重的工作中解放出來，重新編組、分工，使測量工作變得輕松、愉快。

4.GPS-RTK 動態測量技術的不足

雖然RTK 動態測量技術相對常規儀器有諸多優勢，也被廣泛運用于測量工作當中，但在某些地點或者某些區域，以及RTK自身存在的一些缺陷，使它并不能完全取代常規儀器，也存有很多局限性，如高差異常、數據傳輸干擾、電磁干擾、信號強度、多路徑效應以及穩定性等：

（1）高程異常問題。RTK 測量作業模式對高程的轉換要求是必須精確，而我國目前現有的高程異常圖存在不同程度的誤差，尤其是在山區誤差更大，某些局部地區甚至沒有高程異常圖。這就給高程轉換增加了困難，同時測量精度也不均勻。

（2）數據傳輸干擾。觀測數據在傳輸過程中會受到干擾（如障礙物和高頻信號源），而在山區或城市樓群區，由于信號衰減，信號源較弱，甚至出現信號受限狀態，直接影響到作業的半徑和作業的精度。

（3）多路徑效應。所謂多路徑效應是指由建筑物、水面或其它反射物表面反射抵達接收機天線的干擾信號，其產生的結果會使信號路徑增長、偽距存在系統偏差，致使定位結果不準。多路徑效應是RTK定位測量最為嚴重的一種誤差，一般的情況下，多路徑效應產生的誤差可達在1～5cm，且呈周期性。多路徑效應只能采取一定措施減弱，不能被完全消除。同時多路徑效應的問題也是GPS 靜態技術所面臨的問題。

（4）信號強度。影響RTK 信號的因素很多，如：高壓線、微波站、電視臺、大功率無線發射器以及周邊反射性物體等，都會對信號強度產生干擾，常會出現連接不到所需衛星的情況，導致RTK 不能正常工作。同時在白天因電離層的干擾大（尤其是正午時段），觀測時有效衛星數減少，會導致GPS 初始化時間延長，有時甚至不能進行初始化，進而不能進行RTK 動態測量。

（5）受衛星狀況限制。如果在有效衛星數不足的情況下，RTK的初始化完成時間會受到影響，如在城市樓群密集區、峽谷深處以及森林區，衛星信號會被長時間遮擋，影響有效工日作業時間，效率低下，嚴重時還會GPS 導致失鎖現象。

（6）初始化時間。因受多種因素影響，RTK系統能不能實現初始化，是進行實時準確定位的關鍵一步，在山、林及城市樓群密集等地區作業時，會導致GPS 衛星信號受阻，引起衛星失鎖現象，與參考站的數據信號中斷，此時需要對GPS 進行重新初始化，可能還會多次重復操作，使得測量的精度和效率降低。

（7）穩定性。由于RTK動態測量的不足，導致測量定位的精度和穩定性都不及常規儀器（全站儀），特別是穩定性，這主要是因為RTK比較容易受信號干擾、數據鏈傳輸狀況、衛星狀況以及天氣狀況影響的原因。另外，在不同的RTK 測量技術作業系統中，測量的精度和穩定性也有較大的差別。

5.結束語

GPS-RTK技術不僅能達到較高的定位精度，極大的提高了測量的工作效率，減少了測量人員的勞動強度，在便捷、高效的同時，還應揚長避短，充分認識其不足，經過不斷總結和完善，避免因其產生的不必要的麻煩，才能發揮出RTK 技術的最大優勢。隨著GPS-RTK技術的提高，這項技術已經逐步應用到工程建設日常工作中。通過相應的數據處理程序，可大大減輕了測量人員的內外業勞動強度，因此RTK 技術在工程建設領域有廣闊的應用前景。

參考文獻：

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