淺談工程測繪中GPS RTK測量技術(shù)的應(yīng)用

江金華

摘 要：文章首先介紹GPS RTK測量技術(shù)，詳細(xì)分析GPS RTK測量誤差及質(zhì)量控制，最后分析GPS RTK測量技術(shù)在具體工程案例的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS RTK；工程測量；誤差；精度

1 GPS RTK技術(shù)概述

GPS RTK技術(shù)（實時動態(tài)衛(wèi)星全球定位技術(shù)）就是利用美國的全球定位系統(tǒng)GPS，依據(jù)RTK原理實時計算顯示出接收站（測點）的三維坐標(biāo)。我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（CNSS）將于2020年左右建成，并將覆蓋全球，屆時，GPS RTK技術(shù)可能改稱為CNSS-RTK技術(shù)。GPS RTK技術(shù)應(yīng)用于測量工程，方法是取點位精度較高的首級控制點作為基準(zhǔn)點，安置一臺接收機對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，基準(zhǔn)站將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給移動站，移動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的數(shù)據(jù)，移動站上的計算機（工作手簿）運行內(nèi)置的程序即時計算顯示出移動站的三維坐標(biāo)和測量精度。

2 GPS RTK技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用范圍

2.1 控制測量

導(dǎo)線控制網(wǎng)、邊角控制網(wǎng)的控制點精度要求較低，并具有點位維護難和使用頻繁等特點。損壞后，若用全站儀恢復(fù)，受通視和車流影響；若用GPS恢復(fù)，精度雖高，但需內(nèi)業(yè)計算平差，外業(yè)觀測時間長。采用GPS RTK恢復(fù)控制點，只需在測區(qū)內(nèi)或測區(qū)附近的未被破壞的控制點架設(shè)基準(zhǔn)站，移動站直接測量各控制點的平面坐標(biāo)和高程。

2.2 線路勘測

線路勘測中，由于遮擋或距離過長等原因，要不斷地轉(zhuǎn)站，同時為保證測點在斷面線或中線上，需不停地指揮持標(biāo)桿人員。采用GPS RTK作業(yè)，首先把各拐點坐標(biāo)輸入移動站的手薄。施測時，測量員調(diào)出所要測的兩點坐標(biāo)，手簿內(nèi)就自動生成一條直線，同時顯示測量員所在位置和距離起始點的樁號，這樣測量員就可以自己判斷是否在斷面線上，也可以知道點位間距。

2.3 放樣

放樣需通視良好，還要來回移動目標(biāo)，由2～3人操作。采用GPS RTK技術(shù)放樣時，先把設(shè)計好的點位坐標(biāo)輸入到電子手簿中，放樣時手持GPS接收機，根據(jù)接收機的顯示，自主地走到放樣點的位置，既迅速又方便，且只需一個人操作就行。

2.4 地形測量

測繪地形圖、地籍圖時，傳統(tǒng)的方法需要布設(shè)圖根控制點，并要求測站與測點之間能通視。采用GPS RTK技術(shù)測圖，可不布設(shè)各級控制點，測圖時僅需一個人手持接收機到特征點上，能快速完成測定界址點、地形點、地物點的坐標(biāo)，同時輸入特征編碼。

2.5 水下測量

水下測量一直是測繪工作的一個難點，用常規(guī)方法測量，速度慢、精度差。采用GPS RTK技術(shù)并配合測深儀進行水下地形測量時，首先在岸上架設(shè)好基準(zhǔn)站，然后在船上把接收機移動站、測深儀、手提電腦連接好，輸入各種參數(shù)和數(shù)據(jù)就可以進行測量。

3 GPS RTK測量誤差分析及質(zhì)量控制

3.1 誤差分析

GPS RTK測量的誤差，一般分為兩類：

3.1.1 同儀器和干擾有關(guān)的誤差：天線相位中心變化、多徑誤差、信號干擾和氣象因素。

3.1.2 同距離有關(guān)的誤差：軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差。對固定基準(zhǔn)站而言，同儀器和干擾有關(guān)的誤差可通過各種校正方法、選用適當(dāng)?shù)奶炀€材料、遠(yuǎn)離干擾源和適當(dāng)?shù)奶鞖鉁y量予以削弱，而同距離有關(guān)的誤差將隨移動站至基地站的距離的增加而加大，所以GPS RTK的有效作業(yè)半徑是有限的（一般為4km）。

3.2 GPS RTK測量的質(zhì)量控制

GPS RTK測量質(zhì)量控制的方法主要有：

3.2.1 已知點檢核比較法：用RTK測量已知控制點的坐標(biāo)進行比較檢核。發(fā)現(xiàn)問題即采取措施改正，該方法控制點較多時方便。

3.2.2 重測比較法：每次初始化成功后，先重測1～2個已測過的RTK點或高精度控制點，確認(rèn)無誤后才進行RTK測量。該方法較為實用。

3.2.3 電臺變頻實時檢測法：用兩套頻率測量同一點，將結(jié)果進行比對，確定精度。

3.2.4 削弱干擾： 選點時遠(yuǎn)離無線電發(fā)射源、雷達(dá)裝置、高壓線等干擾源。

3.2.5 適合氣象條件：在天氣急劇變化時不宜進行RTK測量。急劇變化的天氣，可能導(dǎo)致觀測坐標(biāo)的誤差達(dá)到10mm～20mm。

4 GPS RTK技術(shù)優(yōu)勢

可以看出，應(yīng)用GPS RTK技術(shù)測量與常規(guī)的測量方法（如全站儀、經(jīng)緯儀等）相比具有以下優(yōu)勢：

4.1 作業(yè)效率高

在一般的地形地勢下，設(shè)立基準(zhǔn)站一次即可測完4km半徑范圍內(nèi)所需的測量工作，如地形圖測量、放樣、線路勘測等，大大減少常規(guī)測量所需較多的控制點數(shù)量，可省卻了布設(shè)圖根控制網(wǎng)這一測繪工作，同時避免測量儀器搬站次數(shù)頻繁。

4.2 定位精度較高

GPS RTK測量的一大特點就是沒有累積誤差，各個測點的數(shù)據(jù)是獨立采集取得，數(shù)據(jù)安全可靠。常規(guī)測量方法有累積誤差，工程測量中采用平差消除或用不同控制點施測來保證精度。GPS RTK技術(shù)測量，只要滿足GPS RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)，基準(zhǔn)站能精確整平對中、移動站能粗略對中，信號滿足要求，GPS RTK測量的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級，滿足各項工程測量的需要，只要簡易復(fù)核下，就能讓測量工作放心、省心。

4.3 作業(yè)條件要求低

GPS RTK技術(shù)不要求兩點間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”或能接收到手機信號，就能開展測量工作。與常規(guī)測量相比，GPS RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小。在地形起伏大、山區(qū)林密或受建筑物遮擋時，兩點間無法通視或通視受限，采用GPS RTK技術(shù)測量無須通視就能測繪，優(yōu)勢非常明顯。

4.4 作業(yè)自動化高

GPS RTK技術(shù)集成化程度高，兼容性好，能裝載各種測繪軟件。與計算機連接簡易，能將數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入計算機中的繪圖軟件，無需人工干預(yù)便可自動實現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為錯誤，保證了作業(yè)精度。

4.5 操作簡便

基站、移動站只要在設(shè)站時進行簡單的設(shè)置，手工輸入或計算機導(dǎo)入所需的起始數(shù)據(jù)，基站整平對中即好；移動站就可以邊走邊獲得測量結(jié)果或進行坐標(biāo)放樣。

5 工程實例

5.1 工程概況

某工業(yè)區(qū)規(guī)劃面積18km2，分南、北兩個組團，其中南部組團6km2，北部組團12km2。

2010年6月開始了北部組團建設(shè)，包括園區(qū)道路、管線、廠房等項目建設(shè)。

5.2 測區(qū)特點

地貌為起伏不大的丘陵地區(qū)，地勢開闊，沒有高大的建筑物、沒有茂密的森林，但有兩條南北走向10kV高壓電線，居民區(qū)為兩大自然村定居點，較集中。

5.3 測量內(nèi)容

園區(qū)項目建設(shè)涉及大量的測繪工作，例如征地紅線、規(guī)劃紅線、建設(shè)紅線和廠區(qū)布局的放樣、線路勘測、平整土地土方量計算、測繪地形圖；施工時放出或恢復(fù)道路中線、邊線，建筑紅線、軸線等，涉及控制測量、放樣測量、線路測量和地形圖測量等方面內(nèi)容。

5.4 測量方案

面對如此繁重的測量工作，如果采用全站儀測量，既要布設(shè)圖根控制網(wǎng)，又要考慮通視、天氣和機械施工等影響。

經(jīng)綜合分析后，決定以GPS RTK技術(shù)為主、全站儀為輔的測量方案開展測繪工作。隨后采用南方測繪S86 GPS測量系統(tǒng)，該測量系統(tǒng)實現(xiàn)了基準(zhǔn)站接收機電臺內(nèi)置的同時，還嵌有CDMA/GPRS模塊。

5.5 實施情況

5.5.1 首先在5″三角控制網(wǎng)基礎(chǔ)上用全站儀內(nèi)插兩個控制點，作為GPS RTK測量的兩個基準(zhǔn)點。一個位于靠近辦公室的一棟六層樓頂上，一個位于工業(yè)區(qū)內(nèi)一座較高的山丘上，相對位于規(guī)劃區(qū)的中心，距離規(guī)劃區(qū)邊緣不超過4km。內(nèi)插的這兩個控制點同時組成三角網(wǎng)進行平差。經(jīng)平差后兩個控制點的精度達(dá)到5″三角控制網(wǎng)要求。

5.5.2 測量時，將樓頂或山丘上的控制點作為基準(zhǔn)站架設(shè)儀器，移動站在園區(qū)的各個測點都能接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，并且距離不超過4km。

施測時，一個測量員手持移動站就能快速完成測繪、放樣等各項任務(wù)。根據(jù)測量任務(wù)的多少，有時有兩到三個移動站在同時工作。

5.5.3 每次測量前或后，測量員都手持移動站到內(nèi)插的另一個控制點或5″三角控制網(wǎng)內(nèi)的控制點進行檢查測量，以比對誤差是否超限。

5.6 施測結(jié)果

5.6.1 完成測繪任務(wù)神速。特別是重新放樣、恢復(fù)點位只需10多秒，不影響機械施工。

5.6.2 出成果快。將數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入計算機中的測繪軟件南方CASS，能簡易出圖，并計算土方量、填方區(qū)、挖方區(qū)，或初步設(shè)計出道路線路走向。

5.6.3 測繪強度低。由于測量工作變得簡易，大多情況下無需頂烈日、冒寒暑進行測地形圖、放樣和線路測量，而有條件地選擇較好的天氣進行測量。

5.6.4 不需要布設(shè)圖根控制網(wǎng)。測區(qū)面積不大，而且基準(zhǔn)點的設(shè)立較合理，省卻了圖根控制網(wǎng)。

5.6.5 精度較高。在各項測量工作中，未出現(xiàn)過粗差或錯誤，如采用GPS RTK放樣的長達(dá)2.6km的園區(qū)主干道的放樣成果，與施工單位采用全站儀放樣成果進行對比，其誤差都在限差范圍內(nèi)。其中，選取了20個點位相同的點，進行了平面坐標(biāo)及高程的互差、中誤差分析。結(jié)果表明，兩種方式的平面坐標(biāo)點位互差在0.4cm～3.1cm之間，以全站儀數(shù)值為參考，GPS RTK放樣點位中誤差為2.6cm，高程互差為1.2cm～6.5cm；以全站儀數(shù)值為參考，GPS RTK放樣高程中誤差為4.3cm。

6 結(jié)語

工程實踐表明，GPS RTK測量技術(shù)具有作業(yè)效率高、測量精度高、自動化程度高等優(yōu)勢，是替代傳統(tǒng)的測量技術(shù)手段。但在高等級的控制網(wǎng)布設(shè)中，由于GPS RTK技術(shù)自身的限制，精度尚達(dá)不到毫米級，因而應(yīng)采用GPS相對定位技術(shù)或其他測繪技術(shù)。

參考文獻

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