淺談GPSRTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

　　摘 要：本文首先結(jié)合GPS工作原理及特點(diǎn)， 探討了GPS工程勘測(cè)技術(shù)在建立工測(cè)水準(zhǔn)控制網(wǎng)中的方法和要求。并分析了GPS RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，同時(shí)就GPS RTK技術(shù)在工程測(cè)量中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：GPS;控制測(cè)量;GPS RTK技術(shù);重要作用

　　前言

　　GPS就是全球定位系統(tǒng),它是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展而建立起來(lái)的新一代緊密衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS衛(wèi)星定位測(cè)量是研究利用GPS系統(tǒng)解決大地測(cè)量問(wèn)題的一項(xiàng)空間技術(shù)。隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的快速發(fā)展，RTK測(cè)量技術(shù)也日益成熟，RTK測(cè)量技術(shù)逐步在測(cè)繪中得到應(yīng)用。通過(guò)RTK技術(shù)能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

　　1、GPS控制測(cè)量概述

　　GPS控制測(cè)量工作與經(jīng)典大地測(cè)量工作相類似，按其性質(zhì)可分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩大部分。其中：外業(yè)工作主要包括選點(diǎn)(即觀測(cè)站址的選擇)、建立觀測(cè)標(biāo)志、野外觀測(cè)作業(yè)以及成果質(zhì)量檢核等;內(nèi)業(yè)工作主要包括GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)、測(cè)后數(shù)據(jù)處理以及技術(shù)總結(jié)等。如果按照GPS測(cè)量實(shí)施的工作程序，則大體可分為這樣幾個(gè)階段：技術(shù)設(shè)計(jì);選點(diǎn)與建立標(biāo)志;外業(yè)觀測(cè);成果檢核與處理。

　　1.1 作業(yè)方法：采用兩臺(tái)(或兩臺(tái)以上)接收機(jī)，分別安置在一條(或數(shù)條)基線的端點(diǎn)，根據(jù)基線長(zhǎng)度和要求的精度，按GPS測(cè)量系統(tǒng)外業(yè)的要求同步觀測(cè)四顆以上的衛(wèi)星數(shù)時(shí)段，時(shí)段長(zhǎng)度根據(jù)測(cè)量等級(jí)確定。

　　1.2 定位精度：基線測(cè)量的精度可達(dá)±(5mm+1ppm×D)，D為基線長(zhǎng)度，以公里計(jì)。

　　1.3 作業(yè)要求：采取這種作業(yè)模式所觀測(cè)的獨(dú)立基線邊，應(yīng)構(gòu)成閉合圖形(如三角形、多邊形)，以利于觀測(cè)成果的檢核，增強(qiáng)網(wǎng)的強(qiáng)度，提高成果的可靠性和精確性。

　　1.4 適用范圍：建立國(guó)家大地控制網(wǎng)(二等或二等以下);建立精密工程控制網(wǎng)，如橋梁測(cè)量、隧道測(cè)量等;建立各種加密控制網(wǎng)，如城市測(cè)量、工程點(diǎn)測(cè)量、道路測(cè)量、勘界測(cè)量等;觀測(cè)中至少跟蹤四顆衛(wèi)星，同時(shí)基線邊一般不要超過(guò)15km。

　　1.5 注意事項(xiàng)：所有已觀測(cè)基線應(yīng)組成一系列封閉圖形，已利于外業(yè)檢核，提高成果可靠度。

　　2、控制測(cè)量布網(wǎng)方案分析

　　2.1 選點(diǎn)。由于GPS測(cè)量觀測(cè)站之間不一定要求相互通視，而且網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活，所以選點(diǎn)工作比常規(guī)控制測(cè)量的選點(diǎn)簡(jiǎn)便。但由于點(diǎn)位的選擇對(duì)于保證觀測(cè)工作的順利進(jìn)行并保證測(cè)量結(jié)果的可靠性有著重要的意義，所以在選點(diǎn)工作開(kāi)始前，除收集和了解有關(guān)測(cè)區(qū)的地理情況和原有測(cè)量控制點(diǎn)分布及標(biāo)架、標(biāo)型、標(biāo)石完好情況，決定其適宜的點(diǎn)位外，選點(diǎn)工作還應(yīng)遵守以下原則：①點(diǎn)位應(yīng)設(shè)在易于安裝接收設(shè)備、視野開(kāi)闊的較高點(diǎn)上。②點(diǎn)位目標(biāo)要顯著，視場(chǎng)周圍15以上不應(yīng)有障礙物，以減小GPS信號(hào)被遮擋或被障礙物吸收。③點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源，其距離不小于200m;遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無(wú)線電信號(hào)傳送綬道，其距離不得小于50m，以避免電磁場(chǎng)對(duì)GPS信號(hào)的干擾。④點(diǎn)位附近不應(yīng)有大面積水域或不應(yīng)有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)接收的物體，以減弱多路徑效應(yīng)的影響。⑤點(diǎn)位交通方便有利于其他手段擴(kuò)展與聯(lián)測(cè)的地方。⑥地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于點(diǎn)的保存。⑦當(dāng)所選點(diǎn)位需要進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)時(shí)，選點(diǎn)人員應(yīng)實(shí)地踏勘水準(zhǔn)路線。根據(jù)以上原則選擇了包括測(cè)區(qū)且分布較均勻的7個(gè)GPS點(diǎn)，之后埋設(shè)具有中心標(biāo)志的標(biāo)石，以精確標(biāo)志點(diǎn)位，點(diǎn)的標(biāo)石和標(biāo)志必須穩(wěn)定、堅(jiān)固以利長(zhǎng)久保存和利用。

　　2.2 觀測(cè)記錄。在外業(yè)觀測(cè)工作中，所有信息資料均須妥善記錄。記錄形式主要觀測(cè)記錄和測(cè)量手簿。測(cè)量手簿是在接收機(jī)啟動(dòng)前及觀測(cè)過(guò)程中，由觀測(cè)者隨時(shí)填寫(xiě)的。應(yīng)記載觀測(cè)過(guò)程中發(fā)生的重要問(wèn)題，問(wèn)題出現(xiàn)的時(shí)間及其處理方式等。必須認(rèn)真、及時(shí)填寫(xiě)，堅(jiān)決杜絕事后補(bǔ)記或追記。外業(yè)觀測(cè)中存儲(chǔ)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)文件應(yīng)及時(shí)拷貝一式兩份，分別保存在專人保管的防水、防靜電的資料箱內(nèi)。存儲(chǔ)介質(zhì)的外面，適當(dāng)處應(yīng)貼制標(biāo)簽，注明文件名、網(wǎng)區(qū)名、點(diǎn)名、時(shí)段名、采集日期、測(cè)量手簿編號(hào)等。接收機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)文件在轉(zhuǎn)錄到外存介質(zhì)上時(shí)，不得進(jìn)行任何剔除或刪改，不得凋用任何對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施重新加工組合的操作指令。

　　3、GPS RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

　　RTK(Real - time kinematic)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測(cè)量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

　　3.1控制測(cè)量：為滿足城市建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)測(cè)繪的需要，城市控制網(wǎng)具有控制面積大、精度高、使用頻繁等特點(diǎn)，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)導(dǎo)線大多位于地面，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，這些點(diǎn)常被破壞，影響了工程測(cè)量的進(jìn)度，如何快速精確地提供控制點(diǎn)，直接影響工作的效率。常規(guī)控制測(cè)量如導(dǎo)線測(cè)量，要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且精度不均勻。GPS 靜態(tài)測(cè)量，點(diǎn)間不需通視且精度高，但數(shù)據(jù)采集時(shí)間長(zhǎng)，還需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。應(yīng)用RTK技術(shù)將無(wú)論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　3.2線路中線定線：RTK測(cè)量技術(shù)用于市政道路中線或電力線中線放樣，放樣工作一人也可完成。將線路參數(shù)如線路起終點(diǎn)坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等輸入RTK的外業(yè)控制器，即可放樣。放樣方法靈活，即能按樁號(hào)也可按坐標(biāo)放樣，并可以隨時(shí)互換。放樣時(shí)屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動(dòng)，直到誤差小于設(shè)定的為止。

　　3.3建筑物規(guī)劃放線：建筑物規(guī)劃放線，放線點(diǎn)既要滿足城市規(guī)劃條件的要求，又要滿足建筑物本身的幾何關(guān)系，放樣精度要求較高。使用RTK進(jìn)行建筑物放樣時(shí)需要注意檢查建筑物本身的幾何關(guān)系，對(duì)于短邊，其相對(duì)關(guān)系較難滿足。在放樣的同時(shí)，需要注意的是測(cè)量點(diǎn)位的收斂精度，如果點(diǎn)位收斂精度不高的情況下，強(qiáng)制測(cè)量則有可能帶來(lái)較大的點(diǎn)位誤差。在點(diǎn)位精度收斂高的情況下，用RTK進(jìn)行規(guī)劃放線一般能滿足要求。

　　3.4用地測(cè)量：在建設(shè)用地勘測(cè)定界測(cè)量中，RTK技術(shù)可實(shí)時(shí)地測(cè)定界址點(diǎn)坐標(biāo)，確定土地使用界限范圍，計(jì)算用地面積，在土地分類及權(quán)屬調(diào)查時(shí)，應(yīng)用RTK技術(shù)可實(shí)時(shí)測(cè)量權(quán)屬界限、土地分類修測(cè)，提高了測(cè)量速度和精度。

　　4、GPS RTK技術(shù)在工程測(cè)量中重要作用

　　4.1實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)錠—調(diào)制解調(diào)器，將其觀測(cè)值及站點(diǎn)的坐標(biāo)信息用電磁信號(hào)一起發(fā)送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù).同時(shí)本身也要采集GPS衛(wèi)星信號(hào)，并取得觀測(cè)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，瞬時(shí)地給出精度為厘米級(jí)(相對(duì)于參考站)的流動(dòng)站點(diǎn)位坐標(biāo)。

　　4.2在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)位(仍距和載波相位觀測(cè)值)和測(cè)站坐標(biāo)信息(如基準(zhǔn)站坐標(biāo)和天線高度)一但傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站在完成初始化后，一方面通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接接收來(lái)自基被站的數(shù)據(jù)，另外，自身也采集rTP3觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、高程擬合和投影改正，即可給出實(shí)用的厘米級(jí)定位結(jié)果。

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