李長戰(zhàn)

(余姚北斗測(cè)繪有限公司浙江寧波315400)

我國工程測(cè)量中GPS-RTK技術(shù)剖析

李長戰(zhàn)

(余姚北斗測(cè)繪有限公司浙江寧波315400)

本文結(jié)合作者自身多年現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，簡要介紹了GPS-RTK技術(shù)基本原理及構(gòu)成，以工程測(cè)量為例闡述了GPS-RTK技術(shù)在我國工程測(cè)量中的應(yīng)用，分析了GPS-RTK技術(shù)具體應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和優(yōu)點(diǎn)，并就RTK技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題提出有益的見解。

GPS-RTK工程測(cè)量精度分析

GPS技術(shù)主要有靜態(tài)定位技術(shù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(GPS—RTK)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)

(Network RTK)、廣域差分技術(shù)(WADGPS)、全球動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(Global RTK)等。本文主要介紹實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(GPS—RTK)在工程測(cè)量中的應(yīng)用。

1　 GPS—RTK系統(tǒng)原理及構(gòu)成

1.1基本原理

RTK測(cè)量技術(shù)，是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS (RTD GPS)測(cè)量技術(shù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的基本原理是在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，

并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電傳輸設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)，其精度可達(dá)到厘米級(jí)。

1.2RTK測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成

RTK測(cè)量系統(tǒng)主要由GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。

1.2.1GPS接收設(shè)備

在基準(zhǔn)站和用戶站上，分別設(shè)置雙頻GPS接收機(jī)。由于雙頻觀測(cè)值不僅精度高，而且有利于快速準(zhǔn)確地解算整周未知數(shù)。

1.2.2數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備

數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備也稱數(shù)據(jù)鏈，由基準(zhǔn)站的無線電發(fā)射臺(tái)與用戶站的接收機(jī)組成，其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準(zhǔn)站的距離、環(huán)境質(zhì)量、數(shù)據(jù)的傳輸速度。

1.2.3軟件系統(tǒng)

支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對(duì)于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的可行性、測(cè)量結(jié)果的可靠性和精確性，具有決定性意義。

2　 GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的作業(yè)流程

2.1內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備

在實(shí)施GPS外業(yè)測(cè)量前，應(yīng)事先對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行踏勘，根據(jù)工程測(cè)量的特點(diǎn)完成內(nèi)業(yè)的準(zhǔn)備工作，主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）根據(jù)工程項(xiàng)目，設(shè)定工程名稱；（2）參數(shù)設(shè)置：基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)采樣率一般為4～5S，流動(dòng)站的數(shù)據(jù)采樣率一般為1～2S，高度截止角通常設(shè)定為10度；（3）若已知坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，則輸入手簿；（4）實(shí)施工程放樣前，內(nèi)業(yè)輸入每個(gè)放樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)、線路方位角，以便野外實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確放樣。

2.2求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)

工程測(cè)量是在北京坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系上進(jìn)行的，這就存在WGS一84坐標(biāo)與北京坐標(biāo)系或獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。由于RTK作業(yè)要求實(shí)時(shí)給出當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作非常重要。

（1）對(duì)于較大型的測(cè)區(qū)事先測(cè)定轉(zhuǎn)換參數(shù)，在RTK作業(yè)時(shí)，直接輸人參數(shù)和基準(zhǔn)站坐標(biāo)。

利用高等級(jí)控制點(diǎn)同一點(diǎn)的2種坐標(biāo)求出的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（2）也可在RTK作業(yè)時(shí)臨時(shí)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。首先在對(duì)空視野開闊的地方設(shè)立基準(zhǔn)站并采集單點(diǎn)定位WGS一84坐標(biāo)，然后流動(dòng)站聯(lián)測(cè)3個(gè)以上的高等級(jí)的控制點(diǎn)，求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2.3基準(zhǔn)站的安置為保證觀測(cè)的精度和提高工作效率，基準(zhǔn)站的安置應(yīng)滿足下列條件：

（1）基準(zhǔn)站可設(shè)立在精確坐標(biāo)的已知點(diǎn)上；

（2）基準(zhǔn)站安置應(yīng)選擇在地勢(shì)較高、通視無遮擋、電臺(tái)有良好覆蓋區(qū)域的地方，首選是測(cè)區(qū)中央地區(qū)；

（3）為防止多路徑效應(yīng)和數(shù)據(jù)鏈的丟失，基準(zhǔn)站200米范圍內(nèi)應(yīng)無高壓電線、電視差轉(zhuǎn)臺(tái)、無線電發(fā)射臺(tái)等干擾源，周圍應(yīng)無GPS信號(hào)反射源；

（4）基準(zhǔn)站電臺(tái)的天線應(yīng)架設(shè)在GPS接收機(jī)主機(jī)的北方。

2.4GPS—RTK施測(cè)及放樣

選擇對(duì)天通視較好，四周無各種強(qiáng)電磁干擾源的地方設(shè)置基準(zhǔn)站。當(dāng)測(cè)區(qū)可見GPS衛(wèi)星數(shù)在5顆以上、PDOP值小于6時(shí)，一般只需5～15秒就可完成初始化而得到固定解。每臺(tái)移動(dòng)站只需一人即可進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，每次開始作業(yè)應(yīng)對(duì)已知控制點(diǎn)進(jìn)行檢查，確保系統(tǒng)無誤后，應(yīng)用GPS電子手簿即可進(jìn)行地形地物點(diǎn)、勘探坑道的采集或勘探線剖面、勘探工程點(diǎn)的放樣作業(yè)，每點(diǎn)采集記錄時(shí)間約1～10秒。

3　 RTK應(yīng)用及定位精度分析

某礦區(qū)地勢(shì)起伏不大，天空開闊，除個(gè)別地方外對(duì)RTK作業(yè)無大的影響。該工程控制測(cè)量、勘探剖面線、勘探工程點(diǎn)的放樣均采用RTK作業(yè)。相鄰觀測(cè)點(diǎn)間全站儀實(shí)測(cè)和RTK實(shí)測(cè)距離抽樣檢查比較，見表1。

表1　相鄰觀測(cè)點(diǎn)間全站儀實(shí)測(cè)和RTK實(shí)測(cè)距離較差m

從上表來看，RTK測(cè)量既可以實(shí)時(shí)提供點(diǎn)位坐標(biāo)和高程，又可實(shí)時(shí)知道測(cè)量點(diǎn)位精度，能夠較大地提高工作效率。同時(shí)從測(cè)量結(jié)果來看，RTK測(cè)量點(diǎn)位精度可達(dá)厘米級(jí)，完全能夠滿足工程測(cè)量的需要。

4　 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）傳統(tǒng)測(cè)量外業(yè)容易受到地形、氣候、季節(jié)等諸多因素的影響，使測(cè)量精度、作業(yè)速度都受到很大限制，在能見度低，通視條件差的情況下，有些測(cè)量作業(yè)根本無法進(jìn)行。而GPS—RTK技術(shù)，解決了這個(gè)問題。

（2）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，測(cè)站間無需通視。

在沒有已知基準(zhǔn)點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)被破壞而造成的控制點(diǎn)不足的地區(qū)和由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的通視困難地區(qū)能快速的、高精度定位。

（3）綜合測(cè)繪能力強(qiáng)，作業(yè)集成度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

可勝任各種測(cè)量內(nèi)、外業(yè)工作?；鶞?zhǔn)站能夠?yàn)椴煌脩籼峁┒囗?xiàng)信息輸出，流動(dòng)站利用內(nèi)置軟件控制系統(tǒng)，在作業(yè)時(shí)，無需人工干預(yù)便可進(jìn)行整周未知數(shù)的動(dòng)態(tài)初始化解算，使輔助測(cè)量工作極大減少，作業(yè)精度也自動(dòng)控制和記錄，從而使自動(dòng)化作業(yè)指揮系統(tǒng)的建立成為可能。

（4）操作簡便，對(duì)作業(yè)條件要求不高，數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲(chǔ)能力強(qiáng)，與計(jì)算機(jī)、全站儀等測(cè)量儀器通信方便。

（5）作業(yè)人員少，定位速度快，綜合效益高。

GPS接收機(jī)僅需一個(gè)人操作，在待測(cè)點(diǎn)等待l-2秒即可獲得該點(diǎn)的坐標(biāo)，外業(yè)效率高；內(nèi)業(yè)便于計(jì)算機(jī)處理，節(jié)省了時(shí)間和人力。

5　總結(jié)

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，GPS—RTK技術(shù)給測(cè)繪工作帶來了革命陛的變化，它改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式，它能夠?qū)崟r(shí)完成厘米級(jí)定位精度和在不通視的情況下遠(yuǎn)距離測(cè)量坐標(biāo)，它具有需要的測(cè)量人員少、速度快、不需要同時(shí)觀測(cè)、精度高等特點(diǎn)，能夠極大地提高工作效率。但是它的作業(yè)方式是依賴于有足夠的衛(wèi)星數(shù)、穩(wěn)健的數(shù)據(jù)鏈等外界條件，在工程測(cè)量中顯得很突出，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無法正常作業(yè)的情況，這就需要不斷完善GPS—RTK技術(shù)，尋求先進(jìn)的作業(yè)方式。隨著CORS參考站的建立，GPRS和CDMA技術(shù)的應(yīng)用，RTK技術(shù)將不斷成熟，必定會(huì)更好的服務(wù)于工程測(cè)量。

P2[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-262-1