簡析GPS-RTK技術在城市高程測量中的應用

傅 健 戴德師

洋浦晶科實業有限公司

簡析GPS-RTK技術在城市高程測量中的應用

傅 健 戴德師

洋浦晶科實業有限公司

隨著社會經濟的不斷發展，科學技術的不斷進步，全球定位系統(GPS)在國民經濟各項建設中應用的也越來越廣。在測繪領域GPS無論在廣度還是在深度上都有著日新月異的變化。其中GPS-RTK技術以其使用簡單方便高效是目前測繪行業中應用最廣的技術之一。本文就實際應用，簡述了一種GPS-RTK技術應用效率更高、更方便的作業方法，其高程精度更穩定且能達到一般工程測量的要求。

GPS-RTK；方法；高程；應用

一、概述

1、GPS-RTK技術概述

GPS-RTK(Real Time Kinematic)技術又稱載波相位動態實時差分技術，是一種高效的定位技術，它是利用2臺或2臺以上的GPS動態接收機，其中一臺安置在已知坐標點或未知點上作為基準站，另一臺或多臺用來測定未知點的坐標--移動站，作業時基準站和移動站同時接收同時接收衛星信號，與此同時基準站將各種誤差的改正值通過數據鏈發給移動站，移動站通過藍牙或連接線把數據傳給移動站電子手薄，手薄能夠通過專用軟件實時顯示測量點在指定坐標系中的三維坐標(x，y，z)，并能夠達到厘米級的精度。

2、測區任務概述

工程項目位于海南省東方市，是大廣壩水利工程二期紅泉干渠，測區長22公里，地理條件十分復雜，灌木多，地勢差異大。交通不便施工難度大，任務重，時間緊，利用傳統測量作業方式對于前期測量工作來說是不可想象的。利用GPS-RTK技術應用于線路定向控制，縱橫斷面測量以及施工放樣等工作是最可取的選擇之一。

二、高程模型的建立

我們知道RTK所實際測得的高程是相對于WGS-84橢球面的高，而我國所采用的高程系統是相對于似大地水準面的正常高系統。也就是說要通過RTK測出一個點位正常高必須得到這個點位的高程異常值，而每個地方的高程異常值都不一樣，特別是條件惡劣地區差異比較大。對于小范圍或者地勢比較開闊平坦的地方來說，直接利用RTK野外采集WGS-84坐標值再和其相對應已知點平面坐標和高程來做參數是可行的，高程也可以滿足一般工程的需要，但測區范圍比較大測區條件比較惡劣時高程精度往往會滿足不了。根據實際測量經驗，運用建立模型方式計算出的轉換參數能使得測量高程精度往往能達到要求，其主要處理步驟有：

1、模型的選擇

利用已經做好的測區靜態GPS控制網來作為計算轉換參數的模型。作為一個范圍比較大作業條件比較惡劣的地區來說利用靜態GPS來做測區控制網可以說是最快效益最高的途徑，利用已有的靜態GPS測區控制網來做轉換參數的模型也是最便利的方式。根據控制網圖選擇要做用來做模型控制點，選擇的點要分布均勻。如果控制網復蓋整個測區且控制網點分布很合理可以利用整個網的控制點數據。如圖1所示：

2、模型與實際使用坐標系轉換參數的建立

建立一個區域的GPS-RTK坐標轉換參數所需要的主要數據有：

(1)控制點平差后的WGS-84坐標(B：大地緯度，L：大地經度，H：大地高)這些數據可以從靜態GPS控制網平差后得到

(2)控制點平差后所使用的坐標系平面坐標(X：北坐標，Y：東坐標)

(3)控制點的水準高程(H：正常高)

利用上述數據進行坐標轉換參數計算。比較簡單的方法是直接用GPS-RTK電子手薄來計算，其特點是計算程序化，簡單易操作，能夠保存也可以導出使用。

三、GPS-RTK校正參數的獲得

GPS-RTK作業時除了使用模型化坐標轉換參數外還需要有一個單點校正的校正參數。由于GPS-RTK作業時每次基準站的架設位置可能不同，每次GPS-RTK校正參數也有所不同，這個校正參數(△X，△Y，△Z)可以在作業區最方便的已知點上利用移動站實時測量其坐標，再經過和該點已知坐標配準得出，其整個操作步驟都可以通過GPS-RTK電子手薄來實現。

四、GPS-RTK測量過程中應注意的問題

GPS-RTK測量作業的特點是操作簡單、方便、效率高，為了保證測量過程中結果的準確性有些情況也應該值得注意：

(1)基準站：基準站要盡量架設在測區范圍內，選址要開闊盡量避開具有遮擋衛星信號的障礙物和無線電干擾作用的基塔等。

(2)移動站：移動站是人拿著走動的，除了設置沒問題外在采測點時移動站要直立不動，連接移動站的桿的對中氣泡要居中，等到采完點后方可移動。

圖1

(3)電子手薄：手薄的操作主要是手薄里安裝軟件的使用，要熟悉軟件的功能含義，懂得儀器正常工作時軟件各功能模塊顯示的狀態。當出現情況時要及時處理。如儀器電量不足、基準站被移動、移動站桿高變動等等。采測點時手薄軟件要顯示固定解并有差分信號傳輸過來，同時還要注意水平、高程精度指標的顯示，達到要求后再采點。

五、高程精度的分析

在對這個測量項目中，我們用常規手段對控制點進行了四等水準測量。同時我們利用GPS-RTK方式對相同點進行了高程測量，并對上述兩種方法所測成果進行了比較。（見表1）

結果表明差值最小為0.007厘米，最大為0.37厘米，也就是說通過這種方法的GPS-RTK高程測量精度能夠滿足《城市測量規范》(CJJ8-99)的要求。

六、結論

在較大區域內利用已有的GPS控制網平差成果資料，通過平差成果的WGS-84坐標與實際使用坐標之間對應關系，利用手薄建立起坐標系轉換參數是可行的，精度更穩定，也能滿足一般測量工程的要求。所以通過這種作業方式可以極大滿足較大范圍內線路工程的縱橫斷面的測量以及對線路控制的需要，對于較大范圍的工程施工放樣與工程計量等也有很大的意義。

表1

[1]常慶生，唐四元，常青；GPS測量的誤差及精度把持[J]；測繪通報；2000年04期

[2]王軍，張華海；衛星幾何散布對GPS相對定位精度的影響[J]；測繪科學；2004年02期