GPS RTK基準站任意架設技術在工程測量中的應用

張明健

（中山市藍圖測繪工程有限公司 廣東中山 528400）

1 引言

GPS RTK技術廣泛應用于海洋測量、地質勘測等多個領域。對于在RTK測量中，對基準站的位置要求高，必須設置在調查區域的已知控制點，而遠離測量區域的地理位置以及環境因素和控制點問題對基準站的設置造成了很大的障礙。而GPS RTK基準站任意架設技術很好的解決了基準站設置的問題。經過RTK的動態測量，不僅提高了測量的精度，而且縮短了工程測量的時間。該技術是雖然是RTK測量的一個小環節，但意義重大，靈活運用可以起到意想不到的效果。總之，該技術在提高結果精度、加快作業效率、降低測量成本等方面發揮了重要作用。

2 GPS RTK基準站任意架設技術基本原理及應用前景

2.1 GPS RTK基準站任意架設技術基本原理

GPS RTK技術由基準站，流動站和數據鏈路的三個主要組成部分構成。組成基準站的設備具體包括電源，發送電臺和接收機等。組成流動站的設備包括電子手薄，接收電臺和接收機等。應用軟件分為支持實時動態差分的軟件和工程測量應用兩大類軟件。三方合作協調統一完成工程測量任務。其是在基于全球定位系統的基礎上，利用RTK技術讓指定位置坐標系可以測量三維坐標的一項新技術，其工作原理相對簡單。GPS接收機的基準站，多個人員流動站以及相應的軟件和數據鏈需要一起實施，并且基準站通過基準站電臺的載波發送觀測采集獲得的數據給流動站。流動站的接收機實時結合地理位置信息，通過比較觀測值得到GPS差分改正值，然后獲得實時坐標位置，精度和高程指標等數據。起始整周模糊度的計算是使用GPS RTK技術精確測量工程項目的關鍵，其數值應保持不變。因此，必須確保在基準站和流動站之間有高質量的數據通訊。整個測量工作的完成使用GPS RTK技術來進行工程測量的外業測量時，基準站接收機應該設置在測量區域地勢高的，無干擾的位置，以便于實時觀察并采集所有可見的GPS衛星的數據。

2.2 GPS RTK技術應用前景

目前，GPS RTK定位技術應用前景可觀。它是基于載波相位觀測的實時差分技術，這是GPS測量技術發展的新突破，在工程測量方面中應用潛能是無限的。使用RTK技術的工程測量不僅可以實時了解定位結果，還可以實時了解定位精度。因為其要求較高，基準站接收機應實時將觀測數據和已知數據傳輸到流動站GPS接收機。之后流動站迅速解決整周模糊度。觀察四顆衛星后，可以實時解決厘米級流動站的動態位置大大提高運行效率。因此，除GPS靜態相對定位技術依然被使用在高精度控制測量外，RTK技術還可用于地形測繪中的控制測量，地形測量中的控制測量以及邊界點位置的測量。在之前地形測圖首先根據控制點加密地圖根控制點，然后在圖根控制點處使用經緯儀測繪或平板測繪方法繪制地形圖。盡管后來被開發為使用全球儀器和電子手冊使用地理編碼，地形圖使用繪圖軟件進行了映射。但是，它要求對現場進行調查，并測量周圍景觀等地面特征，并且至少需要2～3人才能進行操作。當使用GPS RTK技術進行測繪時，只有一個人需要在要進行測量的位置持有儀器一到2s，并同時輸入特征編碼，并通過電子手冊或便攜式微型計算機記錄。當精度符合要求時，測量一個地區的地形特征。然后回到室內或現場，專業地圖軟件可以輸出所需的地形圖。使用RTK技術來測量點位置不需要點之間的可視通信，并且只需要一個人來執行測繪工作，這極大地提高了測量效率。

3 GPS RTK基準站任意架設技術在工程測量中的應用中的利弊

GPS RTK基準站任意架設技術優勢很明顯，體現在以下幾個方面：①只需將GPS相關設備與電腦連接即可實現全自動實時監控和定位。該操作簡單，方便，易于掌握。②可以將測量精度提高到更高的水平，減少測量數據誤差對工程項目的影響，實現坐標更精確的定位。③該技術不受周圍環境和天氣的影響，并且可以連續24h工作。④該技術可以任意選擇基準站的位置，而且不需要受到本地控制點的約束，這有利于加快測量工作的進度，并且具有很高的工作效率。

該技術在工程測量中雖然有很多優點，但在實際應用過程中也存在不可避免的缺陷。①衛星的數量將對測量的準確性產生重大影響。當5顆或更多顆GPS衛星同時接收信號時，可以獲得理想的測量定位結果。但是，只有4顆衛星發射信號，難以有效應用于山區。或者它是一個高層建筑，有更多的工程測量操作。②在測量信號傳輸過程中，由于大氣電離層存在電磁波，而電磁波會有折射和反射現象，這樣會導致通信質量出現很大的問題，并且測量數據的準確性無法保證。這項技術不適用于高溫領域。另外，在操作中，需要將已知控制點的WGS-84坐標與相應已知點的局部坐標進行匹配，以進一步計算坐標轉換參數。如果下一個已知點相隔很遠，則會增加匹配的難度。這些是在這項技術的實際應用中存在并需要改善的缺陷。

4 GPS RTK基準站任意架設技術用于工程的測量方法及檢驗

在某工程中，使用該技術進行1：500數字化地形測量，取得了良好的效果，并展示了該技術的測量優勢。該工程測量中使用的儀器是Topcon雙頻Hiper GD GPS接收機，進行校準和測量了這些點。當坐標轉換后，一組地形特征在流動站進行了地形圖測量。在測量工作結束時，我們使用全站儀配合E500電子手冊檢查和測量通過上述方法測量的地形圖。將GPS RTK系統和全站儀配合E500電子手冊測得的建筑物特征點的坐標數據比較如表1。

分析表1的數據可以得出，平面誤差為-0.026～+0.026（m）之間，高程誤差在-0.022～+0.022（m）之間。相比全站儀來說，GPS RTK任意基準站的精度指標符合工程測量中有關《規范》規定。

當運用此技術時，需要注意建立轉換模型的問題，以確保GPS RTK基準站任意架設技術中的應用的有效性。當基準站架架設在預先選定的任何點時，需要根據此時流動站測量的WGS-84坐標和已知的本地坐標來實現轉換參數的解決方案，基于所獲得的結果建立坐標轉換模型。如果建立的基準站位置始終不變，則轉換模型可用于后續的RTK測量。如果基準站被設置為另一個任意點，則坐標轉換模型也必須相應地改變。需要重新執行相同的操作步驟，選擇三個點來求解轉換參數，建立坐標轉換模型。

表1 GPS RTK任意基準站及全站儀配合E500電子手冊所測特征點坐標數據

5 結束語

對于工程測量而言，GPS RTK基準站任意架設技術具有實用性強，操作方便等特點，同時也存在一定的技術局限性。為了更好的讓該技術得到應用，因此在實際應用過程中，應該牢牢把握該技術的工作原理，并根據當地情況靈活運用才能獲得更準確的工程測量結果。同時，應加大這方面的研究力度，改善該技術在應用中的缺陷和不足，以促進該技術的廣泛推廣和應用。

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