GPS-RTK測量技術在工程測繪中的應用和特點分析

劉 浩

（深圳市勘察研究院有限公司，廣東 深圳 518000）

在現(xiàn)階段國內(nèi)工程項目建設過程中，離不開測繪技術的應用，而GPS測量技術大大提高了測繪準確度及其可靠性，在提高建筑工程項目測繪管理自動化建設水平方面發(fā)揮著非常重要的作用。

1 GPS定位技術理論基礎

1.1 多基準站RTK技術（網(wǎng)絡RTK）

多基準站RTK技術是一種在原衛(wèi)生導航定位技術基礎上進行改進的新技術，該技術的作用在于能解決原RTK技術中有關基站和移動站之間距離過大的問題，從而降低誤差帶來的不利影響。通過多個GPS系統(tǒng)基準站的建立，以及多個基準站連續(xù)運行衛(wèi)星定位導航服務系統(tǒng)的建設，利用流動站校正觀測值和基準站坐標計算出流動站整周模糊度，獲得流動站精準的坐標位置。主流RTK技術中包含虛擬現(xiàn)實技術、媒體訪問控制技術和多媒體通信技術等，其中，又以虛擬現(xiàn)實技術應用最多。

1.2 虛擬參考站技術

虛擬參考站技術是一種基于VRS理論提出的虛擬參考站系統(tǒng)技術，該技術是一種網(wǎng)絡實時動態(tài)測量 （RTK） 技術，通過在某一區(qū)域內(nèi)建立構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋的多個GPS基準站，在移動臺附近建立虛擬參考站，根據(jù)周圍參考站的實際觀測值計算虛擬參考站的虛擬觀測值，實現(xiàn)用戶站的高精度定位。目前，市面上最有名的是Trimble公司應用的VRS技術軟件。

虛擬基準站技術的工作原則如下：

（1） 每個基準站通過以太網(wǎng)連續(xù)向數(shù)據(jù)中心發(fā)送其原始衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)。

（2） 數(shù)據(jù)中心存儲接收到的基站數(shù)據(jù)，計算網(wǎng)絡中每個基線的載波相位整周模糊度值，并建立誤差模型。

（3） 移動臺向數(shù)據(jù)中心發(fā)送請求命令，在通過授權(quán)認證后，建立移動數(shù)據(jù)鏈路，接收移動臺單點定位或粗略位置坐標。同時數(shù)據(jù)中心根據(jù)粗略位置坐標建立虛擬基準站，虛擬基準站和用戶利用單站RTK技術獲得因基準站內(nèi)各誤差影響的校正值，最后數(shù)據(jù)中心又將校正值以RTCM的格式發(fā)送給移動站用戶。

（4） 移動臺通過對接收到的校正信息進行差分分解計算，從而獲得厘米級精確度的定位坐標。

圖1 虛擬參考站技術——系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

2 網(wǎng)絡RTK技術特點分析

2.1 成本低，獲取服務容易

目前，高性價比的國產(chǎn)GNSS測量終端設備價格在2萬元以內(nèi)，此類設備在上輸入CORS差分服務賬號后，通過接收CORS網(wǎng)絡發(fā)送過來的差分信息，即可實現(xiàn)實時厘米級定位。

國內(nèi)有兩種常用方式獲得采用網(wǎng)絡RTK技術的CORS服務。一種是具有測繪資質(zhì)單位向當?shù)氐乩硇畔⒅鞴懿块T申請受監(jiān)管的區(qū)域CORS服務，審批流程較為復雜。可實現(xiàn)一套轉(zhuǎn)換參數(shù)全市通用；另一種是購買千尋位置的北斗地基增強系統(tǒng)CORS服務，該服務基于RTK （載波相位差分） 技術開發(fā)，購買服務無資質(zhì)門檻，只需要實名認證，信號覆蓋全國32省市，一個賬號全國通用。

2.2 精度高、效率高

經(jīng)過項目實踐檢測，采用網(wǎng)絡RTK技術的CORS服務，平面和垂直定位精度分別優(yōu)于2 cm、3 cm，可滿足地形圖測量、地界樁放樣、土方測算等工程測量。作業(yè)效率相對于采用傳統(tǒng)測量技術數(shù)倍提高。

2.3 操作簡便

采用網(wǎng)絡RTK技術的國產(chǎn)GNSS測量終端設備已做到一鍵開機即用，“傻瓜式”操作。非專業(yè)測繪人員也很容易上手。

2.4 功能多，全天候作業(yè)

網(wǎng)絡RTK技術能夠提供較為精確的三維位置和準確的時間信息，功能性非常的強，可在安全、測繪、巡檢、能源、基建等領域縱深發(fā)展和應用；觀測站間不通視的情況下可以實現(xiàn)精準測量，全天候連續(xù)作業(yè)也是該技術的最突出特點之一。

3 案例分析

3.1 工況概述

以某物業(yè)開發(fā)項目施工點測量為例，在施測時采用網(wǎng)絡RTK技術手段。測區(qū)位于深圳市南山區(qū)某大道旁，現(xiàn)場車流量大，地物地貌比較復雜。共布設3個二級GPS點。

3.2 測繪技術應用實踐

本項目施測使用Trimble R8S雙頻GPS接收機，采用SZCORS （VRS） 模式進行作業(yè)，移動臺通過無線移動數(shù)據(jù)鏈路 （天時達TD6） 將單點定位確定的位置坐標 （NMEA格式） 傳輸?shù)缴钲谶B續(xù)運行衛(wèi)星定位參考站數(shù)據(jù)控制中心。控制中心在移動臺附近創(chuàng)建虛擬參考站，并通過插值獲得受虛擬臺的各種誤差源影響的校正值，并通過RTCM格式的NTRIP （RTCM網(wǎng)絡傳輸協(xié)議） 協(xié)議將校正值發(fā)送給移動臺用戶。移動臺接收控制中心發(fā)送的虛擬參考站差分校正信息或虛擬觀測值，并進行差分分解計算，得到厘米級點位置結(jié)果。測量時，首先在已知四等GPS點上采用三腳支架方式架站進行檢測，平面檢測滿足測量規(guī)范后，采用同樣方法對布設的三個施工控制點進行測量，取三個測回較差不超過2 cm平面結(jié)果作為該點的平面坐標觀測成果。數(shù)據(jù)見表1（ 注：坐標首位數(shù)數(shù)值已做修改）：

表1 施工控制點平面坐標成果表 /m

利用GPS網(wǎng)絡RTK作業(yè)模式測量完成后，使用Leica TCR1201+全站儀對施工控制點A1、A2、A3進行角度、邊長檢核，檢核結(jié)果見表2。

表2 施工控制點平面坐標成果表

由表2可知，角度較差為8″ （限差為±20″），最弱邊相對中誤差為1/27 767 （限差為1/7 000），精度良好，滿足“規(guī)范”要求。

3.3 測繪注意事項

在選擇控制點時，其基礎應當保持平穩(wěn)，而且視野應當足夠廣闊，便于觀測以及保存數(shù)據(jù)。在具體測繪過程中，施工區(qū)位置的相關點位應當盡可能選擇易施工處。在確定觀測時段時，若PDOD較大，那么對測量結(jié)果會產(chǎn)生一定的影響，尤其對精度影響較大。實踐中為了能夠有效獲得高精度的工程測量結(jié)果，合理選擇接收衛(wèi)星數(shù)時段非常重要。同時，收集以及計算的WGS-84坐標系轉(zhuǎn)深圳獨立坐標系轉(zhuǎn)換參數(shù)也是影響工程測繪結(jié)果精度一個重要因素，在測量過程中選理想控制范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，可提高施工測量坐標的測量精度。

4 結(jié)語

從工程項目測繪結(jié)果來看，完全滿足了工程項目建設要求，尤其是網(wǎng)絡RTK技術提供的實時準確坐標數(shù)據(jù)為工程建設的順利起到了基礎和保障作用。總而言之，網(wǎng)絡RTK技術手段有其自身的優(yōu)勢，較之于以往傳統(tǒng)的工程測繪手段而言有其優(yōu)越性，因此，實踐中應當根據(jù)項目特點合理選用測量技術方法，以提高工程測量準確度，確保工程項目順利建成。

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