探討GPS、RTK技術(shù)在工程測(cè)量應(yīng)用

雷波

摘要：當(dāng)前，具有強(qiáng)大追蹤定位功能的全球定位系統(tǒng)技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于工程測(cè)量領(lǐng)域，尤其是GPS、RTK測(cè)量以其作業(yè)效率高、精度高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等特性在測(cè)繪行業(yè)中得到了充分發(fā)揮。本文從GPS、RTK技術(shù)概念、特點(diǎn)及工作流程等方面入手，重點(diǎn)對(duì)當(dāng)前GPS、RTK技術(shù)在工程測(cè)量應(yīng)用進(jìn)行了分析闡述，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：GPS、RTK；技術(shù)；工程；測(cè)量

1.引言

工程測(cè)量事業(yè)作為當(dāng)前我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要組成部分，必須引起相關(guān)部門的高度重視。提高工程測(cè)量事業(yè)的發(fā)展速度，已經(jīng)成為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而在當(dāng)前的工程測(cè)量中，GPS測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。這主要是因?yàn)镚PS測(cè)量技術(shù)操作起來比較簡單，且本身自動(dòng)化程度又很高，該技術(shù)應(yīng)用于工程測(cè)量中，不僅大大提高了工程測(cè)量的工作效率，同時(shí)也提高了測(cè)量的精準(zhǔn)度，整個(gè)測(cè)量的范圍相比以前也擴(kuò)大了很多。因此，充分地掌握GPS、RTK測(cè)量技術(shù)，才能更好地將其應(yīng)用于工程測(cè)量中。

2.GPS、RTK技術(shù)概述

工程測(cè)量工作是基建工程中一項(xiàng)非常重要的基礎(chǔ)性工作，對(duì)工程整體質(zhì)量有著直接的影響。隨著我國經(jīng)濟(jì)及科技水平的發(fā)展，工程測(cè)量技術(shù)已逐步呈現(xiàn)出自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、數(shù)字化以及多功能化的發(fā)展趨勢(shì)。其中，GPS、RTK技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量工作中，并受到了廣大用戶的一致好評(píng)和青睞。GPS、RTK技術(shù)將GPS測(cè)量技術(shù)和RTK測(cè)量系統(tǒng)有效結(jié)合，是一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位分差技術(shù)，具有強(qiáng)大的勘查功能和較高的精度和可靠性。其中，GPS技術(shù)，也就是所謂的全球定位系統(tǒng)，最初是由美國研制的一套衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它通過地面衛(wèi)星接收機(jī)來對(duì)衛(wèi)星發(fā)出的各種信號(hào)進(jìn)行接收，進(jìn)而建立起一個(gè)定點(diǎn)三維坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤定位的目的。而RTK技術(shù)又叫做載波相位分差技術(shù)，其能夠在較短時(shí)間內(nèi)，確定測(cè)量點(diǎn)在一個(gè)指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。RTK技術(shù)的精度非常高，甚至可以精確到厘米級(jí)。測(cè)設(shè)放樣和測(cè)點(diǎn)定位是RTK系統(tǒng)應(yīng)用的主要測(cè)量任務(wù)。在流動(dòng)站和基準(zhǔn)站共同工作時(shí)，工作人員帶著流動(dòng)站系統(tǒng)在測(cè)區(qū)來回行走，對(duì)工程點(diǎn)采點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在工程測(cè)量中各種性質(zhì)的點(diǎn)都可以進(jìn)行定位測(cè)量和實(shí)地測(cè)設(shè)放樣。

3.GPS、RTK測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)及工作流程

3.1.GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

第一，定位精度高。GPS測(cè)量技術(shù)高精度的定位精度高已經(jīng)成為所有人的共識(shí)，只要人們一說到GPS測(cè)量技術(shù)，自然而然地就會(huì)想到它的高精度定位技術(shù)，由此可見，GPS定位技術(shù)已經(jīng)深入人心，這也是它比較成功的一點(diǎn)。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，GPS測(cè)量精度與紅外儀的測(cè)量精度有一定的可比之處，但是隨著距離的增加，GPS測(cè)量的優(yōu)越性越加凸顯出來。

第二，觀測(cè)時(shí)間短。運(yùn)用GPS測(cè)量技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，整個(gè)過程需要花費(fèi)的時(shí)間是比較短的。如果是采用布設(shè)控制網(wǎng)的方法，在每個(gè)控制點(diǎn)上觀測(cè)花費(fèi)的時(shí)間在30-40min左右，而如果此時(shí)采用快速靜態(tài)定位法的話，觀測(cè)的時(shí)間可以大大縮短。

第三，操作簡單、自動(dòng)化程度高。GPS測(cè)量技術(shù)操作簡單、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)已經(jīng)成為了公認(rèn)的優(yōu)勢(shì)。正是因?yàn)镚PS測(cè)量技術(shù)綜合了多種現(xiàn)代的高新科技，將其綜合應(yīng)用于工程測(cè)量過程中，才使得它本身的性能更加突出。對(duì)于操作GPS測(cè)量技術(shù)的操作人員，需要負(fù)責(zé)的內(nèi)容并不多，操作者只需要負(fù)責(zé)對(duì)測(cè)量的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，并且安裝一下開關(guān)儀器、量取測(cè)量時(shí)所用儀器的高度即可，整個(gè)測(cè)量工作極其簡單。

3.2 GPS、RTK技術(shù)的工作流程

為保證GPS、RTK技術(shù)測(cè)量作業(yè)的工作效率以及效果，在實(shí)際運(yùn)用GPS、RTK技術(shù)進(jìn)行工程測(cè)量時(shí)，需要遵循一定的作業(yè)流程。

第一，收集完整的控制資料。根據(jù)測(cè)量工程的實(shí)際情況以及相關(guān)的測(cè)量要求，對(duì)測(cè)量區(qū)域內(nèi)較高等級(jí)的控制點(diǎn)信息進(jìn)行全面、細(xì)致的搜集，并對(duì)其進(jìn)行反復(fù)確認(rèn)，以保證起算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，從而為整個(gè)工程測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

第二，選擇基準(zhǔn)站。在對(duì)基準(zhǔn)站進(jìn)行設(shè)置時(shí)，除了要保證基準(zhǔn)站位于精度較高的控制點(diǎn)之外，還需要盡可能選擇寬闊的環(huán)境，并對(duì)其坐標(biāo)精度進(jìn)行確定，從而有效提高測(cè)量的精度，同時(shí)根據(jù)工程測(cè)量的具體需求及實(shí)際環(huán)境情況，選擇與之相適應(yīng)的天線類型、電臺(tái)類型以及測(cè)量模式。

第三，設(shè)置流動(dòng)站。通常情況下，流動(dòng)站選用的都是內(nèi)置接收電臺(tái)，在對(duì)流動(dòng)站進(jìn)行選定之后，而在實(shí)際測(cè)量工作正式開始之前，為了保證測(cè)量的精度，需要對(duì)流動(dòng)站進(jìn)行初始化操作。在對(duì)其進(jìn)行初始化操作的過程中，需要保證至少有5顆衛(wèi)星可以進(jìn)行同步觀測(cè)，如果不能達(dá)到5顆，則需要重新進(jìn)行初始化操作。

第四，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系統(tǒng)。在GPS系統(tǒng)測(cè)量中，坐標(biāo)通常為WGS-84坐標(biāo)系，而工程測(cè)量中，大多數(shù)情況下選用的是地方坐標(biāo)系，因此，在實(shí)際測(cè)量正式開始之前，需要對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，保證使用的坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)一致。

第五，測(cè)量定位。在確定坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換沒有問題后，就可以在指定區(qū)域內(nèi)開始實(shí)際的工程測(cè)量工作，具體測(cè)量方法在上文GPS、RTK技術(shù)的概念中提及。

4.GPS、RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的具體應(yīng)用

GPS、RTK技術(shù)的測(cè)量模式主要有兩種，即快速靜態(tài)定位模式和動(dòng)態(tài)定位模式，根據(jù)實(shí)際不同的測(cè)量需要進(jìn)行模式之間的轉(zhuǎn)換結(jié)合。GPS、RTK技術(shù)在工程測(cè)量中，可以滿足控制測(cè)量、施工放樣、碎部測(cè)量以及變形監(jiān)測(cè)等測(cè)量需求。

4.1控制測(cè)量

控制測(cè)量，是工程建設(shè)、管理與維護(hù)的重要保證，其測(cè)量中的控制網(wǎng)網(wǎng)型與測(cè)量精度，需要根據(jù)工程的實(shí)際規(guī)模與性質(zhì)來判斷。以城市控制網(wǎng)為例，其優(yōu)點(diǎn)在于精度高、面積大，且使用較為頻繁，但是由于當(dāng)前城市發(fā)展建設(shè)帶來的一系列問題，使得在工程施工中極易對(duì)控制網(wǎng)導(dǎo)線造成一定程度的破壞，對(duì)工程測(cè)量的效率與效果產(chǎn)生直接影響。因此，控制網(wǎng)測(cè)量對(duì)于精度有著極高的要求。而使用GPS、RTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量，只需要選定合適的基準(zhǔn)站和流動(dòng)站，就可以完成相應(yīng)的測(cè)量工作，如果測(cè)量點(diǎn)無法設(shè)置控制點(diǎn)，還可以通過交會(huì)法等間接的方法來實(shí)現(xiàn)控制測(cè)量。相比于傳統(tǒng)的控制測(cè)量方法來說，GPS、RTK技術(shù)有效避免了點(diǎn)與點(diǎn)之間必須保持通視的弊端，其覆蓋面積以及測(cè)量效率、測(cè)量精度有所提高，且花費(fèi)也相對(duì)較小。

4.2施工放樣

施工放樣，是工程建設(shè)的前期準(zhǔn)備工作，對(duì)于工程建設(shè)的開展與竣工后的工程質(zhì)量有著十分重要的影響。在傳統(tǒng)的施工放樣過程中，絕大部分需要人為操作放樣，既需要大量的時(shí)間，又容易受到人為因素的干擾，對(duì)放樣工作的準(zhǔn)確性造成一定的影響。而采用GPS、RTK技術(shù)進(jìn)行施工放樣，只需要在RTK控制器中輸入相應(yīng)的放樣起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)交和半徑等放樣參數(shù)，就能夠快速準(zhǔn)確的完成施工放樣工作。在利用GPS、RTK技術(shù)施工放樣中，可以利用坐標(biāo)及樁號(hào)進(jìn)行放樣，也可以在放樣過程中進(jìn)行誤差的判斷與控制，從而消除了累積誤差的產(chǎn)生，有效地保證了放樣的精確度。

4.3碎部測(cè)量

在利用傳統(tǒng)測(cè)量方法進(jìn)行碎部測(cè)量時(shí)，不僅要進(jìn)行控制點(diǎn)的布設(shè)工作，還需要保持測(cè)量過程中監(jiān)測(cè)站與所測(cè)點(diǎn)之間的持續(xù)通視，最少需要2～3人來完成整個(gè)工作，且對(duì)人員的技術(shù)水平以及工作能力有著較高的要求。而使用GPS、RTK技術(shù)進(jìn)行碎部測(cè)量，則可以免除布設(shè)控制點(diǎn)的工作環(huán)節(jié)，只需要1位具有測(cè)量經(jīng)驗(yàn)的工作人員，在其攜帶的儀器當(dāng)中輸入碎部點(diǎn)的輸入特征編碼，就可以通過測(cè)圖軟件完成地形圖的繪制，然后，將獲得的碎部屬性與坐標(biāo)信息輸入到相應(yīng)的儀器當(dāng)中，就可以完成整個(gè)碎部測(cè)量工作。相較于傳統(tǒng)的測(cè)量方法，不僅降低了人力成本，其作業(yè)效率得到了大幅度提升，測(cè)圖難度降低，最終的測(cè)量效果較高。

4.4變形監(jiān)測(cè)

利用GPS、RTK技術(shù)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)的對(duì)象主要有建筑物的傾斜狀況、位移情況以及地基沉降等。變形監(jiān)測(cè)不同于普通的工程測(cè)量，其精度要求達(dá)到毫米級(jí)，而由于監(jiān)測(cè)目標(biāo)的體積較大，且整體的監(jiān)測(cè)環(huán)境非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的測(cè)量方法無法有效完成變形監(jiān)測(cè)的工作。GPS、RTK技術(shù)可以通過分割監(jiān)測(cè)時(shí)間的方式，通過強(qiáng)制對(duì)中的方法，對(duì)于長度范圍在4km之內(nèi)的基線向量，完成相應(yīng)的測(cè)量工作，此時(shí)，其測(cè)量精度是以毫米為單位的，符合變形監(jiān)測(cè)的需求。

5.結(jié)束語

隨著基礎(chǔ)工程建設(shè)的不斷發(fā)展，如何保障測(cè)量精度，提高測(cè)量效率成為了工程測(cè)量發(fā)展的重要問題。GPS、RTK技術(shù)在測(cè)量作業(yè)中，具備精度高、測(cè)量效率及作業(yè)量少等優(yōu)勢(shì)，在工程測(cè)量作業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。本文在介紹GPS、RTK技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，從控制測(cè)量、碎部測(cè)量、施工放樣、變形監(jiān)測(cè)等角度，對(duì)GPS、RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際案例，通過工程測(cè)量實(shí)踐，證明了GPS、RTK技術(shù)在工程測(cè)量中具備成本低、效率高、精度好等優(yōu)勢(shì)。相信隨著GPS、RTK技術(shù)的不斷發(fā)展，其在工程測(cè)量中的應(yīng)用將會(huì)更為普遍。

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