試論GPS—RTK測(cè)量技術(shù)在工程中的應(yīng)用

四會(huì)市城鄉(xiāng)規(guī)劃局規(guī)劃測(cè)量隊(duì) 廣東四會(huì) 526200

摘要：GPS-RTK技術(shù)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、無(wú)須通視、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，提高了測(cè)量工作效率，充分保證測(cè)量精度，在我國(guó)測(cè)量工程中得到了廣泛應(yīng)用。文章對(duì)GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在工程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；測(cè)量技術(shù)；工程應(yīng)用

1.GPS-RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的工作原理

（1）實(shí)時(shí)載波相位差分。RTK 動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)是以載波相位觀測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS 測(cè)量技術(shù)，工作時(shí)需選取精度較高的控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)站，架設(shè)一臺(tái)接收機(jī)，對(duì)可見衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)無(wú)線電波發(fā)送至流動(dòng)站接收機(jī)，經(jīng)過(guò)相對(duì)定位實(shí)時(shí)計(jì)算流動(dòng)站的三維坐標(biāo)。

（2）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。經(jīng)相對(duì)定位得出的三維坐標(biāo)反映在WGS-84 坐標(biāo)系中，而在我國(guó)使用的均為北京54 坐標(biāo)系或西安80 坐標(biāo)系，因此需要對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，來(lái)達(dá)到為我所用的目的。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可采用先將GPS測(cè)得成果投影成平面坐標(biāo)，用已知控制點(diǎn)計(jì)算二維相似變換的四參數(shù)，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；高程可采用平面擬合或二次曲面擬合模型，利用已知水準(zhǔn)點(diǎn)推算出待測(cè)點(diǎn)的高程異常，從而求出該點(diǎn)高程。

2.動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的優(yōu)越性

（1）自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便。測(cè)量時(shí)只需將參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置，即可對(duì)沿線坐標(biāo)采集或工程放樣。且數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，通過(guò)數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）快捷、高效。如接收信號(hào)正常，GPS-RTK 動(dòng)態(tài)測(cè)量作業(yè)半徑可達(dá)10KM 左右，在此范圍內(nèi)，只要進(jìn)行一次設(shè)站，即可連續(xù)工作，不僅減少了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)點(diǎn)需求，而且單人就能完成，大大的降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和工作成本。

（3）無(wú)誤差積累。常規(guī)儀器因條件限制，工作中需要多次或不斷搬站，誤差會(huì)出現(xiàn)累積的狀況，隨搬站次數(shù)增加，累積誤差就會(huì)越大，影響測(cè)量精度和測(cè)量成果；而RTK 只要滿足其工作條件，在作業(yè)半徑范圍內(nèi)，它的精度始終不變，能達(dá)到厘米級(jí)。

（4）不受通視條件限制。傳統(tǒng)測(cè)量測(cè)站之間相互通視一直是困擾測(cè)量的難題，往往使測(cè)量工作大受周折，進(jìn)而影響整個(gè)工程進(jìn)度。RTK測(cè)量對(duì)兩點(diǎn)間的通視沒有要求，只需滿足其通訊正常、無(wú)電子干擾等基本工作條件，相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量，它的受限制條件較少。

（5）省時(shí)、即時(shí)。GPS 衛(wèi)星的數(shù)目較多，且分布均勻，滿足基本條件下，可在隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)測(cè)量工作，一般不受天氣狀況的影響。

3.GPS-RTK 在城市工程中的應(yīng)用

以下以某工程為例，介紹GPS-RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)在實(shí)際工程建設(shè)中的應(yīng)用，充分發(fā)揮GPS-RTK的優(yōu)勢(shì)，并根據(jù)GPS 測(cè)量技術(shù)制定測(cè)量控制方案，使工程建設(shè)各階段測(cè)量工作及時(shí)、優(yōu)質(zhì)的完成：

（1）建立測(cè)量控制網(wǎng)。根據(jù)總承包的交樁點(diǎn)資料，互通區(qū)各設(shè)2條導(dǎo)線和水準(zhǔn)線路。用GPS 靜態(tài)法建立測(cè)區(qū)控制網(wǎng)，控制點(diǎn)相鄰點(diǎn)間距1～2公里，并已知點(diǎn)聯(lián)測(cè)，計(jì)算各控制點(diǎn)平面坐標(biāo)，平差時(shí)考慮投影變形，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行變形改正，控制網(wǎng)精度滿足建設(shè)E級(jí)要求。

（2）基準(zhǔn)站選定?；鶞?zhǔn)站布設(shè)在項(xiàng)目部辦公樓天臺(tái)，此處地勢(shì)較高、四周開闊，有利于電臺(tái)發(fā)射。控制點(diǎn)用5cm 長(zhǎng)、直徑1cm 的不銹鋼釘作為標(biāo)志，并用鉆孔機(jī)打孔后埋設(shè)，該點(diǎn)穩(wěn)固、精確。

（3）選擇合適的作業(yè)時(shí)段?；ネ▍^(qū)沿線地形地貌相對(duì)較為復(fù)雜，且處于城區(qū)周圍，為獲得齊全、準(zhǔn)確的工程數(shù)據(jù)，在項(xiàng)目建設(shè)初期，即與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T建立氣象信息合作機(jī)制，用于掌握測(cè)區(qū)天氣狀況，使得工程建設(shè)過(guò)程中，有利于選擇在晴空時(shí)段進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)衛(wèi)星的捕獲不受云層、氣流等因素干擾，觀測(cè)條件佳，定位精度高。

（4）高程控制測(cè)量。因相關(guān)資料查閱不出地區(qū)高程異常數(shù)，導(dǎo)致GPS 測(cè)量獲得的大地高程，不便于直接進(jìn)行換算轉(zhuǎn)化，同時(shí)，由于GPS 新線定測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置要求在2km 左右，部分地段不能滿足觀測(cè)要求，而采用擬合高程，將不能達(dá)到精度要求，因此，水準(zhǔn)控制測(cè)量仍采用水準(zhǔn)儀作業(yè)。

（5）內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑穆肪€起始樁號(hào)、起點(diǎn)坐標(biāo)、方位角、加直線長(zhǎng)度以及曲線要素等技術(shù)參數(shù)，將其輸入計(jì)算程序，高架橋梁計(jì)算間距為10m（變截面和曲線段箱梁按2m）計(jì)算橋梁中心點(diǎn)和邊樁點(diǎn)坐標(biāo)，地面道路主線計(jì)算間距為20m，匝道為5m計(jì)算道路中心點(diǎn)和邊樁點(diǎn)坐標(biāo)，將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入GPS接收機(jī)存儲(chǔ)卡，以便外業(yè)測(cè)量時(shí)調(diào)用。

（6）外業(yè)測(cè)量?；鶞?zhǔn)站可選在結(jié)構(gòu)物頂部且精度較高的控制點(diǎn)上，架設(shè)好基準(zhǔn)站接收機(jī)，開機(jī)后進(jìn)行初始化設(shè)置和無(wú)線電設(shè)置，并將天線高等參數(shù)輸入接收機(jī)。流動(dòng)站按同樣步驟設(shè)置好后，即可進(jìn)行坐標(biāo)放樣或數(shù)據(jù)采集工作，使測(cè)量工作變得簡(jiǎn)便、靈活。

利用RTK動(dòng)態(tài)技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，可將測(cè)量人員從繁重的工作中解放出來(lái)，重新編組、分工，使測(cè)量工作變得輕松、愉快。

4.GPS-RTK 動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的不足

雖然RTK 動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)相對(duì)常規(guī)儀器有諸多優(yōu)勢(shì)，也被廣泛運(yùn)用于測(cè)量工作當(dāng)中，但在某些地點(diǎn)或者某些區(qū)域，以及RTK自身存在的一些缺陷，使它并不能完全取代常規(guī)儀器，也存有很多局限性，如高差異常、數(shù)據(jù)傳輸干擾、電磁干擾、信號(hào)強(qiáng)度、多路徑效應(yīng)以及穩(wěn)定性等：

（1）高程異常問(wèn)題。RTK 測(cè)量作業(yè)模式對(duì)高程的轉(zhuǎn)換要求是必須精確，而我國(guó)目前現(xiàn)有的高程異常圖存在不同程度的誤差，尤其是在山區(qū)誤差更大，某些局部地區(qū)甚至沒有高程異常圖。這就給高程轉(zhuǎn)換增加了困難，同時(shí)測(cè)量精度也不均勻。

（2）數(shù)據(jù)傳輸干擾。觀測(cè)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到干擾（如障礙物和高頻信號(hào)源），而在山區(qū)或城市樓群區(qū)，由于信號(hào)衰減，信號(hào)源較弱，甚至出現(xiàn)信號(hào)受限狀態(tài)，直接影響到作業(yè)的半徑和作業(yè)的精度。

（3）多路徑效應(yīng)。所謂多路徑效應(yīng)是指由建筑物、水面或其它反射物表面反射抵達(dá)接收機(jī)天線的干擾信號(hào)，其產(chǎn)生的結(jié)果會(huì)使信號(hào)路徑增長(zhǎng)、偽距存在系統(tǒng)偏差，致使定位結(jié)果不準(zhǔn)。多路徑效應(yīng)是RTK定位測(cè)量最為嚴(yán)重的一種誤差，一般的情況下，多路徑效應(yīng)產(chǎn)生的誤差可達(dá)在1～5cm，且呈周期性。多路徑效應(yīng)只能采取一定措施減弱，不能被完全消除。同時(shí)多路徑效應(yīng)的問(wèn)題也是GPS 靜態(tài)技術(shù)所面臨的問(wèn)題。

（4）信號(hào)強(qiáng)度。影響RTK 信號(hào)的因素很多，如：高壓線、微波站、電視臺(tái)、大功率無(wú)線發(fā)射器以及周邊反射性物體等，都會(huì)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生干擾，常會(huì)出現(xiàn)連接不到所需衛(wèi)星的情況，導(dǎo)致RTK 不能正常工作。同時(shí)在白天因電離層的干擾大（尤其是正午時(shí)段），觀測(cè)時(shí)有效衛(wèi)星數(shù)減少，會(huì)導(dǎo)致GPS 初始化時(shí)間延長(zhǎng)，有時(shí)甚至不能進(jìn)行初始化，進(jìn)而不能進(jìn)行RTK 動(dòng)態(tài)測(cè)量。

（5）受衛(wèi)星狀況限制。如果在有效衛(wèi)星數(shù)不足的情況下，RTK的初始化完成時(shí)間會(huì)受到影響，如在城市樓群密集區(qū)、峽谷深處以及森林區(qū)，衛(wèi)星信號(hào)會(huì)被長(zhǎng)時(shí)間遮擋，影響有效工日作業(yè)時(shí)間，效率低下，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)GPS 導(dǎo)致失鎖現(xiàn)象。

（6）初始化時(shí)間。因受多種因素影響，RTK系統(tǒng)能不能實(shí)現(xiàn)初始化，是進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵一步，在山、林及城市樓群密集等地區(qū)作業(yè)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致GPS 衛(wèi)星信號(hào)受阻，引起衛(wèi)星失鎖現(xiàn)象，與參考站的數(shù)據(jù)信號(hào)中斷，此時(shí)需要對(duì)GPS 進(jìn)行重新初始化，可能還會(huì)多次重復(fù)操作，使得測(cè)量的精度和效率降低。

（7）穩(wěn)定性。由于RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量的不足，導(dǎo)致測(cè)量定位的精度和穩(wěn)定性都不及常規(guī)儀器（全站儀），特別是穩(wěn)定性，這主要是因?yàn)镽TK比較容易受信號(hào)干擾、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況、衛(wèi)星狀況以及天氣狀況影響的原因。另外，在不同的RTK 測(cè)量技術(shù)作業(yè)系統(tǒng)中，測(cè)量的精度和穩(wěn)定性也有較大的差別。

5.結(jié)束語(yǔ)

GPS-RTK技術(shù)不僅能達(dá)到較高的定位精度，極大的提高了測(cè)量的工作效率，減少了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，在便捷、高效的同時(shí)，還應(yīng)揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分認(rèn)識(shí)其不足，經(jīng)過(guò)不斷總結(jié)和完善，避免因其產(chǎn)生的不必要的麻煩，才能發(fā)揮出RTK 技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)。隨著GPS-RTK技術(shù)的提高，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到工程建設(shè)日常工作中。通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序，可大大減輕了測(cè)量人員的內(nèi)外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，因此RTK 技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]GPS 測(cè)量原理及應(yīng)用.武漢大學(xué)出版社，2001.

[2]劉大杰.全球定位系統(tǒng)（GPS）原理與數(shù)據(jù)處理[M].同濟(jì)大學(xué)出版社，1999.

[3]控制測(cè)量學(xué).武漢大學(xué)出版社，2002.

[4]張正祿.工程測(cè)量學(xué).武漢：武漢大學(xué)出版社，2005.