（河北省煤田地質(zhì)局水文地質(zhì)隊 河北邯鄲056201）

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作為21世紀的一項高新技術，GPS系統(tǒng)因其方便靈活、易于普及推廣，在導航、軍事、氣象領域得到廣泛應用。本文介紹了GPS系統(tǒng)的組成以及GPS中實時動態(tài)（RTK）定位技術基準站任意架設在工程測量領域的應用。

GPS RTK工程測量基準站任意架設技術應用

作為21世紀的一項高新技術，GPS系統(tǒng)能為全球范圍內(nèi)為眾多用戶提供高精度、全天候、連續(xù)實時的三維定位、三維測速和授時，使用方便靈活、易于普及推廣，在導航、氣象等領域得到廣泛應用，尤其是在測繪行業(yè)中，改變了傳統(tǒng)的測量作業(yè)方式，提高了工作效率，也帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

1 GPS系統(tǒng)的概述

全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）是美國從1973年開始籌建的，該系統(tǒng)可向全球用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置、三維速度和時間信息。其主要有三大組成部分，即空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設備部分。GPS的空間星座部分由24顆均勻分布在6個軌道平面內(nèi)的衛(wèi)星組成；GPS的地面監(jiān)控部分負責衛(wèi)星的監(jiān)控和衛(wèi)星星歷的計算，它包括1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站；GPS的用戶設備主要由接收機硬件和處理軟件組成。用戶通過用戶設備接收GPS衛(wèi)星信號，經(jīng)信號處理而獲得用戶位置、速度等信息最終實現(xiàn)利用GPS進行導航和定位的目的。

將GPS用于測繪方面主要因以下技術特點：

1.1 測站之間無需通視

測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS的這一特點，使得選點更加靈活方便，但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。

1.2 定位精度高

一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而全站儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與全站儀測量精度相當，但隨著距離的增長，GPS測量的優(yōu)越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100~500km的基線上可達10-6~10-7。

1.3 觀測時間短

采用GPS布設控制網(wǎng)時每個測站上的觀測時間一般在30~40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測時間更短。例如使用Trimble5800型雙頻GPS接收機的RTK測量可在5s以內(nèi)求得測點坐標。

1.4 提供三維坐標

GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

除唱片(專輯)音樂、數(shù)字音樂、演唱會音樂外，還有近年來逐漸興起的音樂選秀節(jié)目。2004年《超級女聲》開啟了“選秀時代”，隨之而來的《中國好聲音》、《我是歌手》、《天籟之聲》等節(jié)目，獲得經(jīng)濟效益與社會效益的雙贏。同時，也掀起一陣音樂產(chǎn)業(yè)的“狂熱風”。綜藝音樂將音樂與電視藝術相結合，成為音樂產(chǎn)業(yè)獨特的展現(xiàn)出音樂產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨式。在熱播的綜藝節(jié)目中，音樂類節(jié)目占具重要份額。然而，大批量選秀音樂節(jié)目的涌現(xiàn)，導致節(jié)目質(zhì)量下降、復制跟風、創(chuàng)造力嚴重匱乏等問題。

1.5 操作簡便

GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨于小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中，整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛(wèi)星的獲取，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

1.6 全天候作業(yè)

GPS觀測可在任何地點，任何時間連續(xù)進行，一般不受天氣狀況影響。

2 GPS系統(tǒng)在工程測量的應用前景

目前GPS系統(tǒng)主要應用于地形測圖。就是為城市、礦區(qū)以及為各種工程提供不同比例尺的地形圖。特別是地籍及房地產(chǎn)測量能精確測定土地權屬界址點的位置，同時能為土地和房產(chǎn)管理部門提供大比例尺的地籍平面圖和房產(chǎn)圖，并量算土地和房屋面積。GPS系統(tǒng)的應用，為城市控制測量的數(shù)字化、精度化和科學化提供了有效工具，從而滿足了城市規(guī)劃和各種經(jīng)濟建設的需要。

常規(guī)控制測量如三角測量，通常是先布設控制網(wǎng)點，依據(jù)加密的控制點和圖根控制點，測定地物點和地形點在圖上的位置并按照一定的規(guī)律和符號繪制成平面圖，這種方法要求點間通視，費工費時，而且精度不均勻，外業(yè)中不知道測量成果的精度。

GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)相對定位測量無需測量點相互通視，能夠高精度地進行各種工程控制測量，但是這種測量方式不能實時定位并知道定位精度，內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求必須返工測量。

目前，GPS中實時動態(tài)（RTK）定位技術應用可觀。它是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分技術，它是GPS測量技術發(fā)展的一個新突破，在工程測量中有廣闊的應用前景，而用RTK技術進行工程測量既能實時知道定位結果，又能實時知道定位精度。RTK技術進行定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)及已知數(shù)據(jù)實時傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到四顆衛(wèi)星后，可以實時求解出厘米級的流動站動態(tài)位置，這樣可以大大提高作業(yè)效率。因此，除了高精度的控制測量仍采用GPS靜態(tài)相對定位技術之外，RTK技術即可用于地形測圖中的控制測量，地籍和房地產(chǎn)測量中的控制測量和界址點點位的測量。

3 GPS（RTK）基準站任意架設技術

在GPS（RTK）外業(yè)測量工作中，采集器手薄中默認建立的坐標系統(tǒng)為WGS-84坐標系統(tǒng)，無投影、無基準轉換。我們可以通過點校正求解出WGS-84坐標到地方坐標系的轉換參數(shù)，在用點校正方法解算到地方獨立坐標系下進行測量時，GPS（RTK）測量模式的基準站架設位置可任意選取。

GPS(RTK)測量之前，首先要在采集器手薄所建立的工程文件中建立用戶坐標系統(tǒng)，當用戶沒有現(xiàn)成的從WGS-84坐標系統(tǒng)到用戶坐標系統(tǒng)的系統(tǒng)轉換參數(shù)時，可先進行點校正測量及轉換計算，GPS點校正過程建立了GPS接收機采集的WGS-84數(shù)據(jù)與地方控制位置之間的換算關系（表達為海平面上的地方格網(wǎng)坐標），它采用了一系列的數(shù)學轉換（包括基準轉換、平面轉換、高程轉換）。

經(jīng)過GPS點校正后進行RTK動態(tài)測量時，GPS（RTK）系統(tǒng)基準站的架設就不受地方控制點的約束，用戶可自行選擇上空比較開闊、無遮擋、無干擾、交通便利的理想位置，這不僅方便了用戶架設基準站的位置選擇，而且有利于提高GPS外業(yè)測量的精度、還可縮短測量工期、減少工作成本、提高工作效益。其基準站任意架設時，啟動基準站測量時的任務坐標系統(tǒng)屬性要設置為無投影、無基準轉換的測量方式，并以當?shù)攸c為基準點；流動站任意坐標系統(tǒng)屬性參數(shù)設置為點校正計算后所得的轉換參數(shù)。如此便有效地進行了測區(qū)內(nèi)WGS-84坐標系統(tǒng)到用戶地方坐標系統(tǒng)的投影、基準轉換及水準面改正，其流動站坐標測量精度也較高，可廣泛應用工程放樣測量及大比例尺數(shù)字化地形測量等。

4 GPS（RTK）基準站任意架設技術用于工程測量的方法及檢驗

在某項工程中，用GPS（PTK）測量基準站任意架設技術進行1：1000數(shù)字化地形測量，取得了良好的效果。

在該工程中，采用Trimble5800型雙頻GPS接收機，通過點校正測量、解算的方法建立了坐標轉換關系后，在進行GPS RTK動態(tài)測圖時，其基準站位置未選擇在己知控制點上，而是選擇在一棟理想的建筑物樓頂。在測圖之前，流動站首先在該工程基礎控制點E07及E04上進行了測圖前的檢核測量工作，兩點三維坐標較差值分別為：ΔX＝5mm、ΔY＝6mm、ΔZ＝8mm及ΔX＝4mm、ΔY＝3mm、ΔZ＝7mm。然后利用流動站進行地形圖的測量工作。

表1

測量工作結束后，我們用全站儀對用以上方法所測地形圖進行了檢查測量。用GPS RTK系統(tǒng)與全站儀所測建筑物特征點坐標數(shù)據(jù)比較如表1。

由以上數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)為任意選取的）分析得出，GPS（RTK）測量基準站任意架設技術相對于全戰(zhàn)儀（儀器對中誤差≤3mm）在碎部測量時點位平面中誤差：

高程測量中誤差：

由此可見，應用GPS（RTK）基準站任意架設技術所測得的成果，其精度指標符合工程測量中有關規(guī)范規(guī)定。

經(jīng)過本工程的檢驗，GPS（RTK）測量基準站任意架設技術用于工程測量的方法省時省力，可達到較高的測繪精度；GPS（RTK）基準站布設方法靈活多樣，受地形條件的影響小，是我們在實踐中總結出的較好方法。

5 結論

GPS（RTK）基準站任意架設技術操作簡便易行，布點靈活，效益好、精度高，內(nèi)業(yè)處理快捷。隨著GPS自身的不斷完善，必將以高精度、高效率的絕對優(yōu)勢贏得測繪工作者的青睞。

[1]全球定位系統(tǒng)原理及其應用［M］，北京：測繪出版社，1995

[2]衛(wèi)星測量原理與應用［M］，北京：測繪出版社，1992

[3]GPS測量原理及應用，武漢測繪科技大學出版社，1998

[4]工程測量學［M］，北京：測繪出版社，1995

GPS（RTK）基準站任意架設技術在工程測量中的應用

■李曉磊 賈景峰

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-224-2