GPS-RTK在工程測(cè)量中的應(yīng)用與探討

王富平

寧夏回族自治區(qū)水文環(huán)境地質(zhì)勘察院 寧夏 銀川 750001

1 簡(jiǎn)要論述GPS—RTK技術(shù)的原理和特征

1.1 GPS-RTK技術(shù)的核心原理

從專業(yè)角度來(lái)說(shuō)，RTK系統(tǒng)主要包括通訊信息傳輸系統(tǒng)、一個(gè)基準(zhǔn)站指揮若干個(gè)流動(dòng)觀測(cè)站等結(jié)構(gòu)，其核心是通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和載波相對(duì)觀測(cè)值，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)度定位技術(shù)協(xié)同作業(yè)，確定某個(gè)待定觀測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并且能夠?qū)y(cè)量結(jié)果精確到厘米。RTK系統(tǒng)中的基準(zhǔn)站可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)在所測(cè)定范圍內(nèi)的衛(wèi)星，并將數(shù)據(jù)信息通過通訊信息傳輸系統(tǒng)高效傳遞到每一個(gè)流動(dòng)觀測(cè)站，確保數(shù)據(jù)信息的優(yōu)化共享。全球衛(wèi)星定位接收機(jī)在流動(dòng)觀測(cè)站開展工作期間，可借助無(wú)線電接收裝備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)接收從基準(zhǔn)站傳輸?shù)男l(wèi)星反饋信號(hào)，再通過控制器的初始化運(yùn)行對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行差分處理，參照相對(duì)定位原理運(yùn)算法，測(cè)定移動(dòng)觀測(cè)站的三維坐標(biāo)。

1.2 GPS-RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特征

RTK技術(shù)彌補(bǔ)了全站儀、經(jīng)緯儀等傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的不足，其具體特征如下：

（1）作業(yè)效率高。如果嚴(yán)格遵守專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，RTK技術(shù)的單次測(cè)量有效半徑可達(dá)到4-5千米，由此，可進(jìn)一步減少工作區(qū)內(nèi)的控制點(diǎn)數(shù)量，降低測(cè)量?jī)x器的作業(yè)頻率，提高測(cè)量效率。

（2）測(cè)量數(shù)據(jù)可靠，定位精確度高。只要RTK技術(shù)應(yīng)用環(huán)境符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其測(cè)量作業(yè)便可精確到厘米級(jí)別。

（3）對(duì)測(cè)量作業(yè)基礎(chǔ)條件的要求較低。在工程測(cè)量作業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用RTK技術(shù)，僅需要達(dá)到能接收衛(wèi)星信號(hào)條件即可，并且不會(huì)受到天氣、通視、能見度等客觀環(huán)境因素的干擾[1]。

2 將GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用到工程測(cè)量領(lǐng)域的具體流程

2.1 控制測(cè)量

如今傳統(tǒng)工程測(cè)量工藝已無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，且測(cè)量控制點(diǎn)人為破壞嚴(yán)重、維護(hù)難度大、恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)等特征?；诖?，保證工程測(cè)量的精確度成為測(cè)繪行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

傳統(tǒng)測(cè)量工藝采取布設(shè)三角網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)等方式開展作業(yè)，這對(duì)相鄰控制點(diǎn)的通視條件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、導(dǎo)線長(zhǎng)度都有著特殊要求。且在布設(shè)測(cè)量控制點(diǎn)時(shí)，有時(shí)在特殊地形無(wú)法判斷導(dǎo)線長(zhǎng)度，一旦導(dǎo)線解算結(jié)果達(dá)不到規(guī)范要求，就得返工，既浪費(fèi)人力又浪費(fèi)了時(shí)間。而合理應(yīng)用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，在測(cè)量作業(yè)環(huán)節(jié)相鄰控制點(diǎn)間不需要通視，甚至對(duì)控制點(diǎn)整體布局沒有特殊要求，而且其測(cè)量精確度比較高，應(yīng)用到工程測(cè)量領(lǐng)域具有實(shí)際意義。

2.2 地形測(cè)量

傳統(tǒng)地形測(cè)繪的首要工作是布設(shè)圖根控制，如果將GPSRTK技術(shù)合理應(yīng)用到工程測(cè)量中，可省略這一傳統(tǒng)作業(yè)環(huán)節(jié)，并通過對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)即可了解待定區(qū)域的地形地貌特征。在工程測(cè)量作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，可參照電子系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)信息，配合專業(yè)測(cè)圖軟件實(shí)時(shí)構(gòu)圖，協(xié)助內(nèi)業(yè)處理，及時(shí)察覺錯(cuò)漏。如果在水下環(huán)境開展地形測(cè)繪作業(yè)，要應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間頻率自動(dòng)化采集點(diǎn)位信息，從而配合專業(yè)測(cè)圖軟件實(shí)時(shí)構(gòu)圖，查缺補(bǔ)漏。在地質(zhì)環(huán)境勘察領(lǐng)域，先要確定測(cè)量范圍、地類、測(cè)量的要求等基本內(nèi)容，并應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)一步提高測(cè)量精確度。

2.3 施工放樣

以往施工放樣作業(yè)所使用的主要工具就是全站儀、經(jīng)緯儀、鋼尺，并需要一到兩個(gè)測(cè)量技術(shù)人員的協(xié)同配合，且傳統(tǒng)施工放樣極易受到地形地貌、氣候變化等客觀環(huán)境因素的干擾，測(cè)量效率低、精確度缺乏保障。GPS-RTK測(cè)量技術(shù)則是通過三維坐標(biāo)直接放樣，不僅可以進(jìn)一步提高作業(yè)效率，還能確保精確度。其基本工作流程為：將需要施工放樣的坐標(biāo)通過電腦傳輸?shù)搅鲃?dòng)站手簿，在已知的控制點(diǎn)上進(jìn)行點(diǎn)校正，校正完整后通過屏幕所指示的偏移距離和方位實(shí)施放樣作業(yè)，整個(gè)過程不需要人工干預(yù)，工序簡(jiǎn)便，直觀且精確。

3 實(shí)際案例分析

3.1 工程概況

2014年在寧夏青銅峽市小壩鎮(zhèn)做農(nóng)村宅基地測(cè)量，該測(cè)區(qū)范圍約45平方公里，有八個(gè)行政村，分布不均勻，南北長(zhǎng)約13公里，東西寬約10公里。

3.2 測(cè)量作業(yè)特征

針對(duì)該項(xiàng)目實(shí)施測(cè)量作業(yè)時(shí)，首要前提是嚴(yán)格履行測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保障測(cè)量作業(yè)的精確度。經(jīng)過工作人員的磋商決定使用網(wǎng)絡(luò)RTK進(jìn)行測(cè)量，但又考慮到NXCORS系統(tǒng)2013年剛投入使用，信號(hào)不穩(wěn)定，為了保證工期的進(jìn)度，決定先在每個(gè)行政村布設(shè)2個(gè)E級(jí)GPS點(diǎn)，共布設(shè)16個(gè)E級(jí)GPS點(diǎn)，用常規(guī)靜態(tài)測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)投入了6臺(tái)天寶R8-4GPS接收機(jī)，每時(shí)段觀測(cè)60分鐘，待16E級(jí)GPS點(diǎn)全部觀測(cè)完后，將外野所采集數(shù)據(jù)下載，利用天寶GPS自帶的平差軟件進(jìn)行網(wǎng)平差得出各點(diǎn)的最終成果。為了驗(yàn)證NXCORS系統(tǒng)的可靠性，用三腳架在每個(gè)控制點(diǎn)上架設(shè)網(wǎng)絡(luò)RTK流動(dòng)站獲得固定解后觀測(cè)4次，然后將4次得到的成果取平均數(shù)，得出最終NXCORS系統(tǒng)坐標(biāo)，然后將NXCORS系統(tǒng)取得的坐標(biāo)與常規(guī)靜態(tài)GPS所解算的坐標(biāo)進(jìn)行比較，得出最終結(jié)果：平面最大誤差為4.3cm、最小誤差為0.9cm，兩種測(cè)量方法測(cè)得的坐標(biāo)的精度完全滿足農(nóng)村宅基地調(diào)查規(guī)范的要求。由此可見網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)施宅基地測(cè)量是可靠的。

利用CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)進(jìn)行碎部點(diǎn)測(cè)量時(shí)，需要一專人操作流動(dòng)站手簿，在實(shí)施測(cè)量前，應(yīng)對(duì)流動(dòng)站手簿進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，包括端口、IP地址、用戶名和密碼等；坐標(biāo)系統(tǒng)在任務(wù)屬性里進(jìn)行設(shè)置，包括投影方式、坐標(biāo)系名稱、中央子午線、比例因子等，參數(shù)設(shè)置完成后可以開始測(cè)量，為了保證測(cè)量成果的精度，網(wǎng)絡(luò)RTK所采集的碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)都是獨(dú)立的，缺少檢核條件，因此每次測(cè)量啟動(dòng)流動(dòng)站時(shí)待手簿顯示固定解后，應(yīng)到一個(gè)控制點(diǎn)上進(jìn)行校核，在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好的情況下，配合架設(shè)基站進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量前必須進(jìn)行控制點(diǎn)檢核，檢核的控制點(diǎn)不能少于3個(gè)，如果平面精度小于±5cm、高程精度小于±7cm方可進(jìn)行測(cè)量，如果超出這個(gè)精度的范圍就不能進(jìn)行測(cè)量，查找原因，待找出問題所在方可測(cè)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，將GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用到工程測(cè)量領(lǐng)域，大大提高作業(yè)效率，降低了成本，節(jié)約了時(shí)間與人力資源，進(jìn)而減小誤差，促進(jìn)測(cè)量作業(yè)的高效完成。