張明健

（中山市藍(lán)圖測(cè)繪工程有限公司 廣東中山 528400）

1 引言

GPS RTK技術(shù)廣泛應(yīng)用于海洋測(cè)量、地質(zhì)勘測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于在RTK測(cè)量中，對(duì)基準(zhǔn)站的位置要求高，必須設(shè)置在調(diào)查區(qū)域的已知控制點(diǎn)，而遠(yuǎn)離測(cè)量區(qū)域的地理位置以及環(huán)境因素和控制點(diǎn)問(wèn)題對(duì)基準(zhǔn)站的設(shè)置造成了很大的障礙。而GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)很好的解決了基準(zhǔn)站設(shè)置的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)RTK的動(dòng)態(tài)測(cè)量，不僅提高了測(cè)量的精度，而且縮短了工程測(cè)量的時(shí)間。該技術(shù)是雖然是RTK測(cè)量的一個(gè)小環(huán)節(jié)，但意義重大，靈活運(yùn)用可以起到意想不到的效果?？傊?，該技術(shù)在提高結(jié)果精度、加快作業(yè)效率、降低測(cè)量成本等方面發(fā)揮了重要作用。

2 GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)基本原理及應(yīng)用前景

2.1 GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)基本原理

GPS RTK技術(shù)由基準(zhǔn)站，流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈路的三個(gè)主要組成部分構(gòu)成。組成基準(zhǔn)站的設(shè)備具體包括電源，發(fā)送電臺(tái)和接收機(jī)等。組成流動(dòng)站的設(shè)備包括電子手薄，接收電臺(tái)和接收機(jī)等。應(yīng)用軟件分為支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分的軟件和工程測(cè)量應(yīng)用兩大類(lèi)軟件。三方合作協(xié)調(diào)統(tǒng)一完成工程測(cè)量任務(wù)。其是在基于全球定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用RTK技術(shù)讓指定位置坐標(biāo)系可以測(cè)量三維坐標(biāo)的一項(xiàng)新技術(shù)，其工作原理相對(duì)簡(jiǎn)單。GPS接收機(jī)的基準(zhǔn)站，多個(gè)人員流動(dòng)站以及相應(yīng)的軟件和數(shù)據(jù)鏈需要一起實(shí)施，并且基準(zhǔn)站通過(guò)基準(zhǔn)站電臺(tái)的載波發(fā)送觀測(cè)采集獲得的數(shù)據(jù)給流動(dòng)站。流動(dòng)站的接收機(jī)實(shí)時(shí)結(jié)合地理位置信息，通過(guò)比較觀測(cè)值得到GPS差分改正值，然后獲得實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置，精度和高程指標(biāo)等數(shù)據(jù)。起始整周模糊度的計(jì)算是使用GPS RTK技術(shù)精確測(cè)量工程項(xiàng)目的關(guān)鍵，其數(shù)值應(yīng)保持不變。因此，必須確保在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)通訊。整個(gè)測(cè)量工作的完成使用GPS RTK技術(shù)來(lái)進(jìn)行工程測(cè)量的外業(yè)測(cè)量時(shí)，基準(zhǔn)站接收機(jī)應(yīng)該設(shè)置在測(cè)量區(qū)域地勢(shì)高的，無(wú)干擾的位置，以便于實(shí)時(shí)觀察并采集所有可見(jiàn)的GPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。

2.2 GPS RTK技術(shù)應(yīng)用前景

目前，GPS RTK定位技術(shù)應(yīng)用前景可觀。它是基于載波相位觀測(cè)的實(shí)時(shí)差分技術(shù)，這是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的新突破，在工程測(cè)量方面中應(yīng)用潛能是無(wú)限的。使用RTK技術(shù)的工程測(cè)量不僅可以實(shí)時(shí)了解定位結(jié)果，還可以實(shí)時(shí)了解定位精度。因?yàn)槠湟筝^高，基準(zhǔn)站接收機(jī)應(yīng)實(shí)時(shí)將觀測(cè)數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅鲃?dòng)站GPS接收機(jī)。之后流動(dòng)站迅速解決整周模糊度。觀察四顆衛(wèi)星后，可以實(shí)時(shí)解決厘米級(jí)流動(dòng)站的動(dòng)態(tài)位置大大提高運(yùn)行效率。因此，除GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)依然被使用在高精度控制測(cè)量外，RTK技術(shù)還可用于地形測(cè)繪中的控制測(cè)量，地形測(cè)量中的控制測(cè)量以及邊界點(diǎn)位置的測(cè)量。在之前地形測(cè)圖首先根據(jù)控制點(diǎn)加密地圖根控制點(diǎn)，然后在圖根控制點(diǎn)處使用經(jīng)緯儀測(cè)繪或平板測(cè)繪方法繪制地形圖。盡管后來(lái)被開(kāi)發(fā)為使用全球儀器和電子手冊(cè)使用地理編碼，地形圖使用繪圖軟件進(jìn)行了映射。但是，它要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，并測(cè)量周?chē)坝^等地面特征，并且至少需要2～3人才能進(jìn)行操作。當(dāng)使用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)繪時(shí)，只有一個(gè)人需要在要進(jìn)行測(cè)量的位置持有儀器一到2s，并同時(shí)輸入特征編碼，并通過(guò)電子手冊(cè)或便攜式微型計(jì)算機(jī)記錄。當(dāng)精度符合要求時(shí)，測(cè)量一個(gè)地區(qū)的地形特征。然后回到室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)，專(zhuān)業(yè)地圖軟件可以輸出所需的地形圖。使用RTK技術(shù)來(lái)測(cè)量點(diǎn)位置不需要點(diǎn)之間的可視通信，并且只需要一個(gè)人來(lái)執(zhí)行測(cè)繪工作，這極大地提高了測(cè)量效率。

3 GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用中的利弊

GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)很明顯，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①只需將GPS相關(guān)設(shè)備與電腦連接即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和定位。該操作簡(jiǎn)單，方便，易于掌握。②可以將測(cè)量精度提高到更高的水平，減少測(cè)量數(shù)據(jù)誤差對(duì)工程項(xiàng)目的影響，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)更精確的定位。③該技術(shù)不受周?chē)h(huán)境和天氣的影響，并且可以連續(xù)24h工作。④該技術(shù)可以任意選擇基準(zhǔn)站的位置，而且不需要受到本地控制點(diǎn)的約束，這有利于加快測(cè)量工作的進(jìn)度，并且具有很高的工作效率。

該技術(shù)在工程測(cè)量中雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也存在不可避免的缺陷。①衛(wèi)星的數(shù)量將對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生重大影響。當(dāng)5顆或更多顆GPS衛(wèi)星同時(shí)接收信號(hào)時(shí)，可以獲得理想的測(cè)量定位結(jié)果。但是，只有4顆衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，難以有效應(yīng)用于山區(qū)?；蛘咚且粋€(gè)高層建筑，有更多的工程測(cè)量操作。②在測(cè)量信號(hào)傳輸過(guò)程中，由于大氣電離層存在電磁波，而電磁波會(huì)有折射和反射現(xiàn)象，這樣會(huì)導(dǎo)致通信質(zhì)量出現(xiàn)很大的問(wèn)題，并且測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性無(wú)法保證。這項(xiàng)技術(shù)不適用于高溫領(lǐng)域。另外，在操作中，需要將已知控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)與相應(yīng)已知點(diǎn)的局部坐標(biāo)進(jìn)行匹配，以進(jìn)一步計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。如果下一個(gè)已知點(diǎn)相隔很遠(yuǎn)，則會(huì)增加匹配的難度。這些是在這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中存在并需要改善的缺陷。

4 GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)用于工程的測(cè)量方法及檢驗(yàn)

在某工程中，使用該技術(shù)進(jìn)行1：500數(shù)字化地形測(cè)量，取得了良好的效果，并展示了該技術(shù)的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。該工程測(cè)量中使用的儀器是Topcon雙頻Hiper GD GPS接收機(jī)，進(jìn)行校準(zhǔn)和測(cè)量了這些點(diǎn)。當(dāng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，一組地形特征在流動(dòng)站進(jìn)行了地形圖測(cè)量。在測(cè)量工作結(jié)束時(shí)，我們使用全站儀配合E500電子手冊(cè)檢查和測(cè)量通過(guò)上述方法測(cè)量的地形圖。將GPS RTK系統(tǒng)和全站儀配合E500電子手冊(cè)測(cè)得的建筑物特征點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)比較如表1。

分析表1的數(shù)據(jù)可以得出，平面誤差為-0.026～+0.026（m）之間，高程誤差在-0.022～+0.022（m）之間。相比全站儀來(lái)說(shuō)，GPS RTK任意基準(zhǔn)站的精度指標(biāo)符合工程測(cè)量中有關(guān)《規(guī)范》規(guī)定。

當(dāng)運(yùn)用此技術(shù)時(shí)，需要注意建立轉(zhuǎn)換模型的問(wèn)題，以確保GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)中的應(yīng)用的有效性。當(dāng)基準(zhǔn)站架架設(shè)在預(yù)先選定的任何點(diǎn)時(shí)，需要根據(jù)此時(shí)流動(dòng)站測(cè)量的WGS-84坐標(biāo)和已知的本地坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的解決方案，基于所獲得的結(jié)果建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。如果建立的基準(zhǔn)站位置始終不變，則轉(zhuǎn)換模型可用于后續(xù)的RTK測(cè)量。如果基準(zhǔn)站被設(shè)置為另一個(gè)任意點(diǎn)，則坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型也必須相應(yīng)地改變。需要重新執(zhí)行相同的操作步驟，選擇三個(gè)點(diǎn)來(lái)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。

表1 GPS RTK任意基準(zhǔn)站及全站儀配合E500電子手冊(cè)所測(cè)特征點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于工程測(cè)量而言，GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)具有實(shí)用性強(qiáng)，操作方便等特點(diǎn)，同時(shí)也存在一定的技術(shù)局限性。為了更好的讓該技術(shù)得到應(yīng)用，因此在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該牢牢把握該技術(shù)的工作原理，并根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r靈活運(yùn)用才能獲得更準(zhǔn)確的工程測(cè)量結(jié)果。同時(shí)，應(yīng)加大這方面的研究力度，改善該技術(shù)在應(yīng)用中的缺陷和不足，以促進(jìn)該技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用。

[1]熊瀚.GPS RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2015（1）：34～36.

[2]狄廣禮，劉劍英.基于GPS RTK技術(shù)在地質(zhì)勘探工程測(cè)量中的應(yīng)用研究[J].科技資訊，2015（5）：51～52.

[3]路敬偉.GPS RTK基準(zhǔn)站任意架設(shè)技術(shù)的應(yīng)用探討[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2014（3）：1140.