傅 健 戴德師

洋浦晶科實(shí)業(yè)有限公司

簡(jiǎn)析GPS-RTK技術(shù)在城市高程測(cè)量中的應(yīng)用

傅 健 戴德師

洋浦晶科實(shí)業(yè)有限公司

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，全球定位系統(tǒng)(GPS)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)建設(shè)中應(yīng)用的也越來(lái)越廣。在測(cè)繪領(lǐng)域GPS無(wú)論在廣度還是在深度上都有著日新月異的變化。其中GPS-RTK技術(shù)以其使用簡(jiǎn)單方便高效是目前測(cè)繪行業(yè)中應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。本文就實(shí)際應(yīng)用，簡(jiǎn)述了一種GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用效率更高、更方便的作業(yè)方法，其高程精度更穩(wěn)定且能達(dá)到一般工程測(cè)量的要求。

GPS-RTK；方法；高程；應(yīng)用

一、概述

1、GPS-RTK技術(shù)概述

GPS-RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)又稱載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，是一種高效的定位技術(shù)，它是利用2臺(tái)或2臺(tái)以上的GPS動(dòng)態(tài)接收機(jī)，其中一臺(tái)安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)或未知點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站，另一臺(tái)或多臺(tái)用來(lái)測(cè)定未知點(diǎn)的坐標(biāo)--移動(dòng)站，作業(yè)時(shí)基準(zhǔn)站和移動(dòng)站同時(shí)接收同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，與此同時(shí)基準(zhǔn)站將各種誤差的改正值通過(guò)數(shù)據(jù)鏈發(fā)給移動(dòng)站，移動(dòng)站通過(guò)藍(lán)牙或連接線把數(shù)據(jù)傳給移動(dòng)站電子手薄，手薄能夠通過(guò)專用軟件實(shí)時(shí)顯示測(cè)量點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)(x，y，z)，并能夠達(dá)到厘米級(jí)的精度。

2、測(cè)區(qū)任務(wù)概述

工程項(xiàng)目位于海南省東方市，是大廣壩水利工程二期紅泉干渠，測(cè)區(qū)長(zhǎng)22公里，地理?xiàng)l件十分復(fù)雜，灌木多，地勢(shì)差異大。交通不便施工難度大，任務(wù)重，時(shí)間緊，利用傳統(tǒng)測(cè)量作業(yè)方式對(duì)于前期測(cè)量工作來(lái)說(shuō)是不可想象的。利用GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用于線路定向控制，縱橫斷面測(cè)量以及施工放樣等工作是最可取的選擇之一。

二、高程模型的建立

我們知道RTK所實(shí)際測(cè)得的高程是相對(duì)于WGS-84橢球面的高，而我國(guó)所采用的高程系統(tǒng)是相對(duì)于似大地水準(zhǔn)面的正常高系統(tǒng)。也就是說(shuō)要通過(guò)RTK測(cè)出一個(gè)點(diǎn)位正常高必須得到這個(gè)點(diǎn)位的高程異常值，而每個(gè)地方的高程異常值都不一樣，特別是條件惡劣地區(qū)差異比較大。對(duì)于小范圍或者地勢(shì)比較開(kāi)闊平坦的地方來(lái)說(shuō)，直接利用RTK野外采集WGS-84坐標(biāo)值再和其相對(duì)應(yīng)已知點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程來(lái)做參數(shù)是可行的，高程也可以滿足一般工程的需要，但測(cè)區(qū)范圍比較大測(cè)區(qū)條件比較惡劣時(shí)高程精度往往會(huì)滿足不了。根據(jù)實(shí)際測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用建立模型方式計(jì)算出的轉(zhuǎn)換參數(shù)能使得測(cè)量高程精度往往能達(dá)到要求，其主要處理步驟有：

1、模型的選擇

利用已經(jīng)做好的測(cè)區(qū)靜態(tài)GPS控制網(wǎng)來(lái)作為計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)的模型。作為一個(gè)范圍比較大作業(yè)條件比較惡劣的地區(qū)來(lái)說(shuō)利用靜態(tài)GPS來(lái)做測(cè)區(qū)控制網(wǎng)可以說(shuō)是最快效益最高的途徑，利用已有的靜態(tài)GPS測(cè)區(qū)控制網(wǎng)來(lái)做轉(zhuǎn)換參數(shù)的模型也是最便利的方式。根據(jù)控制網(wǎng)圖選擇要做用來(lái)做模型控制點(diǎn)，選擇的點(diǎn)要分布均勻。如果控制網(wǎng)復(fù)蓋整個(gè)測(cè)區(qū)且控制網(wǎng)點(diǎn)分布很合理可以利用整個(gè)網(wǎng)的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)。如圖1所示：

2、模型與實(shí)際使用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的建立

建立一個(gè)區(qū)域的GPS-RTK坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)所需要的主要數(shù)據(jù)有：

(1)控制點(diǎn)平差后的WGS-84坐標(biāo)(B：大地緯度，L：大地經(jīng)度，H：大地高)這些數(shù)據(jù)可以從靜態(tài)GPS控制網(wǎng)平差后得到

(2)控制點(diǎn)平差后所使用的坐標(biāo)系平面坐標(biāo)(X：北坐標(biāo)，Y：東坐標(biāo))

(3)控制點(diǎn)的水準(zhǔn)高程(H：正常高)

利用上述數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算。比較簡(jiǎn)單的方法是直接用GPS-RTK電子手薄來(lái)計(jì)算，其特點(diǎn)是計(jì)算程序化，簡(jiǎn)單易操作，能夠保存也可以導(dǎo)出使用。

三、GPS-RTK校正參數(shù)的獲得

GPS-RTK作業(yè)時(shí)除了使用模型化坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)外還需要有一個(gè)單點(diǎn)校正的校正參數(shù)。由于GPS-RTK作業(yè)時(shí)每次基準(zhǔn)站的架設(shè)位置可能不同，每次GPS-RTK校正參數(shù)也有所不同，這個(gè)校正參數(shù)(△X，△Y，△Z)可以在作業(yè)區(qū)最方便的已知點(diǎn)上利用移動(dòng)站實(shí)時(shí)測(cè)量其坐標(biāo)，再經(jīng)過(guò)和該點(diǎn)已知坐標(biāo)配準(zhǔn)得出，其整個(gè)操作步驟都可以通過(guò)GPS-RTK電子手薄來(lái)實(shí)現(xiàn)。

四、GPS-RTK測(cè)量過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

GPS-RTK測(cè)量作業(yè)的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、方便、效率高，為了保證測(cè)量過(guò)程中結(jié)果的準(zhǔn)確性有些情況也應(yīng)該值得注意：

(1)基準(zhǔn)站：基準(zhǔn)站要盡量架設(shè)在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，選址要開(kāi)闊盡量避開(kāi)具有遮擋衛(wèi)星信號(hào)的障礙物和無(wú)線電干擾作用的基塔等。

(2)移動(dòng)站：移動(dòng)站是人拿著走動(dòng)的，除了設(shè)置沒(méi)問(wèn)題外在采測(cè)點(diǎn)時(shí)移動(dòng)站要直立不動(dòng)，連接移動(dòng)站的桿的對(duì)中氣泡要居中，等到采完點(diǎn)后方可移動(dòng)。

圖1

(3)電子手?。菏直〉牟僮髦饕鞘直±锇惭b軟件的使用，要熟悉軟件的功能含義，懂得儀器正常工作時(shí)軟件各功能模塊顯示的狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)情況時(shí)要及時(shí)處理。如儀器電量不足、基準(zhǔn)站被移動(dòng)、移動(dòng)站桿高變動(dòng)等等。采測(cè)點(diǎn)時(shí)手薄軟件要顯示固定解并有差分信號(hào)傳輸過(guò)來(lái)，同時(shí)還要注意水平、高程精度指標(biāo)的顯示，達(dá)到要求后再采點(diǎn)。

五、高程精度的分析

在對(duì)這個(gè)測(cè)量項(xiàng)目中，我們用常規(guī)手段對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行了四等水準(zhǔn)測(cè)量。同時(shí)我們利用GPS-RTK方式對(duì)相同點(diǎn)進(jìn)行了高程測(cè)量，并對(duì)上述兩種方法所測(cè)成果進(jìn)行了比較。（見(jiàn)表1）

結(jié)果表明差值最小為0.007厘米，最大為0.37厘米，也就是說(shuō)通過(guò)這種方法的GPS-RTK高程測(cè)量精度能夠滿足《城市測(cè)量規(guī)范》(CJJ8-99)的要求。

六、結(jié)論

在較大區(qū)域內(nèi)利用已有的GPS控制網(wǎng)平差成果資料，通過(guò)平差成果的WGS-84坐標(biāo)與實(shí)際使用坐標(biāo)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用手薄建立起坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)是可行的，精度更穩(wěn)定，也能滿足一般測(cè)量工程的要求。所以通過(guò)這種作業(yè)方式可以極大滿足較大范圍內(nèi)線路工程的縱橫斷面的測(cè)量以及對(duì)線路控制的需要，對(duì)于較大范圍的工程施工放樣與工程計(jì)量等也有很大的意義。

表1

[1]常慶生，唐四元，常青；GPS測(cè)量的誤差及精度把持[J]；測(cè)繪通報(bào)；2000年04期

[2]王軍，張華海；衛(wèi)星幾何散布對(duì)GPS相對(duì)定位精度的影響[J]；測(cè)繪科學(xué)；2004年02期