PTK在工程測繪中的應(yīng)用

程鵬飛

摘 要：隨著GPS定位技術(shù)的不斷發(fā)展完善，使測繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，為測繪工作提供了嶄新的技術(shù)手段和方法，GPS在控制測量中以其精度高、速度快、全天候等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。而GPS動態(tài)測量解K（RealTimeKinematiC）模式，除具有GPS測量的優(yōu)點外，可以避免靜態(tài)GPS測量中數(shù)據(jù)質(zhì)量不能及時反映的不足，動態(tài)測量RTK技術(shù)與傳統(tǒng)測量方法相比，具有明顯的優(yōu)勢。

首先，觀測效率高，運用實時動態(tài)測量系統(tǒng)，連續(xù)采集單點坐標僅需十幾秒鐘，可實時解算坐標。

其次，布點方式比較靈活，節(jié)省費用。在控制測量中，運用實時動態(tài)定位技術(shù)，各控制點間無須通觀，既不需要進行造標，也不需要傳統(tǒng)三角測量、導(dǎo)線測量中的連接點及傳算點，這極大地降低和節(jié)省了測量費用。并且它可以實時反映測點的位置，精度和測量環(huán)境等。

本文在概述RTK技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討了RTK技術(shù)在工程測量中應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；RTK；控制測量；動態(tài)測量；工程測量

前言

近十年來，GPS定位技術(shù)在應(yīng)用基礎(chǔ)的研究、新應(yīng)用領(lǐng)域的開拓、軟件和硬件了極為廣闊的前景，并預(yù)示著經(jīng)典的測量技術(shù)面臨著一場意義深遠的變革，從而將進入一個嶄新的時代。

目前，GPS精密定位技術(shù)已經(jīng)廣泛的滲透到了經(jīng)濟建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，尤其對經(jīng)典測量學(xué)的各個方面產(chǎn)生了極其深刻的影響。它在大地測量學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域，如地球動力學(xué)、海洋大地測量學(xué)、天文學(xué)、地球物理勘探、資源勘察、航空與衛(wèi)星遙感、工程測量及工程變形監(jiān)測、運動目標的測速以及精密時間傳遞等方面的廣泛應(yīng)用，充分顯示了這一定位技術(shù)的高精度與高效益。

近年來，GPS精密定位技術(shù)在我國也得到蓬勃發(fā)展。在我國大地測量、精密工程測量、地殼運動監(jiān)測、資源勘察和城市控制網(wǎng)的改善方面的應(yīng)用及其所取得的成功經(jīng)驗，進一步展示了GPS精密定位技術(shù)的顯著優(yōu)越性和巨大潛力。

隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的快速發(fā)展，RTK（Real Time Kinematic）測量技術(shù)也日益成熟，RTK測量技術(shù)逐步在測繪中得到應(yīng)用。RTK測量技術(shù)因其精度高、實時性和高效性，使得其在工程測量中的應(yīng)用越來越廣。

1 RTK技術(shù)概述

實時動態(tài)（RTK）測量系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測量技術(shù)中的一個新突破。

RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)，其基本思想是：在基準站上設(shè)置1臺GPS接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地解算整周模糊度未知數(shù)并計算顯示用戶站的三維坐標及其精度。

RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。

1.1 RTK的組成概況

RTK-GPS系統(tǒng)由一個基準站，若干個流動站及通訊系統(tǒng)三部分組成。基準站包括GPS接收機，GPS天線，無線電通訊發(fā)射設(shè)備，供GPS接收機和無線電通訊設(shè)備使用的電源及其基準站控制器等部分。在有的RTK-GPS系統(tǒng)中，基準站GPS接收機本身具有數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)、測量參數(shù)及坐標系統(tǒng)等內(nèi)容的設(shè)置功能，使控制器與GPS接收機合為一體。

一個流動站由以下部分組成：GPS天線，GPS接收機，電源，無線電通訊接收設(shè)備及流動站顯示控制器。

1.2 RTK的原理

對于靜態(tài)測量，GPS系統(tǒng)需要兩臺或兩臺以上接收機同步觀測，記錄的數(shù)據(jù)用軟件進行事后處理（Post Processing），可得兩測站間精密的WGS-84基線向量。然后經(jīng)平差、坐標轉(zhuǎn)換等工作，才能最終得到未知的坐標，現(xiàn)場無法求得坐標結(jié)果，不具備實時性，因此靜態(tài)測量型GPS儀器很難直接應(yīng)用于具體的測繪工程。

差分GPS（DGPS）是近幾年內(nèi)出現(xiàn)的新技術(shù)，包括RTD和RTK兩種。其中RTD稱實時偽距差分或平滑偽距差分，在該差分系統(tǒng)中，GPS基準站只傳送偽距校正值及其變化率。

現(xiàn)在RTD定位能達到米級精度。RTK稱實時動態(tài)載波相位差分。其設(shè)備是在兩臺靜態(tài)型測量儀器間加上一套無線電數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，將相對獨立的GPS信號接收系統(tǒng)連成一個有機整體。基準站把接收到的所有衛(wèi)星信息（包括偽距和載波相位觀測值）和基準站的一些信息（如基準站的坐標、天線高等）都通過通訊系統(tǒng)傳送到流動站，流動站本身在接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時，也接收基準站傳送的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，在流動站完成初始化后，把接收到的基準站信息傳到控制器內(nèi)，并將基準站的載波觀測信號與本身接收到的載波觀測信號進行差分處理，即可實時求解得出兩站間的基線值，同時輸入相應(yīng)的坐標，轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)，即實時求得實用的未知坐標。因此要求GPS接收機要具備很強的運算能力。一般來說，RTK系統(tǒng)可達厘米級的定位精度。

1.3 RTK的主要技術(shù)指標

RTK作為新技術(shù)用于測量是對靜態(tài)CPS測量的有機補充，但對RTK測量的相關(guān)規(guī)范還沒有出臺，以下是結(jié)合實際情況所給出的技術(shù)指標：

l.RTK測量時的儀器標稱精度

平面：lem+lppm；高程：Zem+Zppm。

2.距離

建議工作距離：rokm；

最大工作距離：40km（有時需用大功率電臺

和中繼站的配合）

3.時間

RTK初始化時間：2一ro秒（好的測量條件）

RTK測量時間：2秒厘米級，20秒毫米級

3.1 RTK測量坐標的系統(tǒng)管理

對于GPS測量其本身其本身運作在WGS84地心坐標系統(tǒng)下，但實際測量所面對的坐標系統(tǒng)卻變化多樣，主要分兩種：1.基準和坐標系參數(shù)明確，可以確定兩個大地測量基準之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而通過鍵人該坐標系的相關(guān)參數(shù)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，把測量的WGS84地心坐標系統(tǒng)下的三維空間直角坐標轉(zhuǎn)換到該坐標系下，根據(jù)基準站所鍵人的坐標和確定的投影計算流動站所測點的坐標。

3.2基準和坐標系參數(shù)不明確，分兩種情況：

（l）知道該點的WGS84地心坐標和該點的地方坐標，通過一一鍵人來確定該控制點所控制范圍的轉(zhuǎn)換參數(shù)（至少三個已知點），通過這種方法所確定的轉(zhuǎn)換參數(shù)適用于該控制點所控制范圍，對該控制點無法控制范圍該轉(zhuǎn)換參數(shù)不適用，但該方法適用于任意坐標系統(tǒng)，特別在建立工程控制網(wǎng)中得到了大量的應(yīng)用。

（2）只知道該點的地方坐標，這時需利用RTK定位方法，以基準站為起算位置，確定各控制點之間的位置關(guān)系，并實時測定該控制點的WGS84地心坐標。在這種情況下，基準站的大地坐標是GPS自動測定的，利用控制點的兩套坐標系WG吸拼地心坐標（實時測定的）和地方坐標求取換參數(shù)，然后根據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)求取基準站的地方坐標，并刷新地方坐標為基準站的假定坐標，這時和（1）一樣了。

3.3RTK動態(tài)操作流程

3.3.1基準站

連接儀器 （尤其注意一定保證電臺的連接正確后在加電）

新建任務(wù) （取文件名，選擇坐標系，我們常用無投影無墓準，在后面用3一4個已知點作校正）

輸入點校正 （平面至少兩個已知點.最好三個，要高程需四個點。每個點應(yīng)具有84和54兩套坐標）

對主機及其

電臺進行設(shè)置（注意天線類型，無線電頻率）

啟動基準站（觀察電臺有閃動證明已經(jīng)啟動）

3.3.2 標準站

連接儀器

打開任務(wù) （選擇與基準站同一個任務(wù)）

對主機及電臺 （注意天線類型，無線電頻率，看見手簿有電臺標志表示收到無線電信號，等初始完行）設(shè)置

開始測量 （可選擇點 線）

放樣（可現(xiàn)場輸入，也可業(yè)內(nèi)鍵入要放的要素）

結(jié)束語：

人類進入21世紀，隨著科學(xué)技術(shù)的速猛發(fā)展，RTK技術(shù)的發(fā)展趨勢有：接收機小型化、增強抗樹林遮擋和抗電波干擾的能力、降低碼觀測值和載波相位觀測值的噪聲、精化誤差模型、生產(chǎn)接收雙星座和多星座的接收機、室內(nèi)實時定位等。

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在促進國民經(jīng)濟發(fā)展中起著非常重要的作用，是體現(xiàn)我國綜合國力的一個重要指標，因此我們在今后要逐步實現(xiàn)GPS現(xiàn)代化—建立多個連續(xù)運行參考站的衛(wèi)星定位系統(tǒng)即網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。