GPS-RTK在工程测量中的应用

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摘要：gps-rtk测量是现代侧量技术的一个新发展，能实现全站仪侧量的许多功能；叙述了RTK的系统组成、基本原理及在工程测量中的重要应用。

关键词：RTK；工程测量；全站仪

Abstract: GPS-RTK is a new development of modern measurement technology, can realize many functions in total station measurement; RTK system composition, basic principle and the important application in engineering measurement is described.

Key words: RTK; engineering measurement; Total Station

中图分类号：P25

前言：

由于科学技术的飞速发展，测绘技术和测绘手段不断提高。特别是我国自己的导航卫星北斗导航系统的投入应用，测绘工作变得越来越简单、精确、方便。自美国GPS系统在测绘工作中应用以来，时间己接近二十多年。 RTK技术是在GPS的基础上发展起来的。随着现代测量技术的发展，现阶段RTK的功能越来越全而，己深入到工程建设当中，大有替代全站仪一统测绘行业的趋势。GPS在工程建设的方方面面担当起重要角色。

一、测绘工作在工程中主要的特点，就在于测绘定位的准确性、及时性、完整性，测绘的三维坐标的精度能够及时准确地满足工程建设的需要。随着全球定位系统(GPS)技术的快速发展，以及RTK测量技术的日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘工作中得到广泛的应用。RTK测量技术因其精度高、高效性、实时性，使得其在工程测量中得到越来越广泛的应用。根据其性能特点：RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术。其基本思想是：在基准站设置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理。实时地解算整周模糊度未知数，并计算显出用户站的三维坐标及精度。定位分为两种:静态定位测量和动态定位测量。一般静态定位测量主要是速度比较慢，每站需要四十五分钟左右，但精度非常高，平面坐标可以达到厘米级，高程基本上也可以达到厘米级。适用于工程建设方面首级点位的控制测量。动态状态下定位测量，在宽阔无障碍物的情况下，速度快，精度高。

二、GPS-RTK的简介及系统组成

1、GPS-RTK简介

RTK即实时动态测量系统，它是集计算机技术、数字通讯技术、无线电技术和GPS测量定位技术为一体的组合系统，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。RTK定位精度高，可以进行全天侯的作业，每个点的误差均为不累积的随机偶然误差。例如:美国天宝公司生产的5700 RTK系统，外业操作十分简单。

2、GPS-RTK的基本原理

GPS系统包括三大部分：地面监控部分、空间卫星部分、用户接收部分组成。各部分均有各自独立的功能和作用，同时又相互配合形成一个有机整体系统。

对于静态GPS测量系统，GPS系统需要2台或2台以上接收机进行同步观测，记录的数据用软件进行事后处理可得到两测站间的精密WGS-84坐标系统的基线向量，经过平差、坐标转换等工作，才能求得未知的三维坐标。在现场无法及时求得结果，不具备实时性。因此，静态测量型GPS接收机很难直接应用于具体的测绘工程，特别是地形图的测绘。RTK实时相对定位原理是基准站把接收到的所有卫星信息(包括伪距和载波相位观测值)和基准站的一些信息(如基站坐标天线高等)都通过无线电通讯系统传递到流动站，流动站在接收卫星数据的同时，也接受基准站传递的卫星数据。在流动站完成初始化后，把接收到的基准站信息传送到控制器内并将基准站的载波观测信号与本身接受到的载波观测信号进行差分处理，即可实时求得未知点的坐标[1]。

3、GPS-RTK系统的组成

GPS-RTK系统由基准站、若干个流动站及无线电通讯系统三部分组成。基准站包括GPS接收机、GPS天线、无线电通讯发射系统、供GPS接收机和无线电台使用的电源及基准站控制器等部分。流动站由以下几个部分组成: GPS接收机、GPS天线、无线电通讯接听系统、供GPS接收机和无线电使用的电源及流动站控制器等部分，如图1所示。

图1 GPS-RTK系统结构

实时动态测量的基本操作方法是：在基准站安设1台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续的观测，并将观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站(流动站)；在流动站上，GPS接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理实时地计算并显示出流动站的三维坐标及精度。

三、GPS-RTK在常用工程测量中的应用

在常用工程测量中，RTK具体体现在下几个方面:

1、城市建设区和规划区的控制测量。城市控制网控制而积大，精度高，使用频繁等方面的特点。城市各级导线大多位地面，由于城市建设的快速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度。如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。利用RTK进行测量，两点之间不需要通视。也不需要量测温度、气压，作业效率高，具有明显的优势。

2、线路中边线放样测量。RTK测量技术用于市政道路中线边线放样，也可进行电力线的测量放样。在架设好基站后，只要地形开阔，无其他障碍物等影响，基本上一个人就可以进行定位放线。如果使用全站仪放线，至少需要两个人。先把线路参数如起点坐标、终点坐标、曲线转角角度方向(左转还是右转)、半径等输入仪器中。然后进行放样。但是，一些不能过接收到GPS信号的地方，比如在隧道测量中，RTK静态测量可以进行首级控制。

3、城市建筑规划测量放线。城市建筑物样，既要满足城市规划条件的各力一而要求，又要满足建筑物本身的设计要求，放样精度高。使用RTK进行建筑物放样时，需要对建筑物木身的几何关系进行检查。

4、在建设用地勘测中，RTK可实时地测定界址点的坐标，确利用RTK技术可实时的测量权属界限。土地分类修测，可提高测量速度和精度。

5、RTK还可以在地形测量、水域测量、管线测量、房产测量等力一而发挥其独特的作用。在开阔区域这些测量速度快。我们在山区为地质部门测绘地形图时，采集数据相当快，极大地提高了工作效率。个别复杂区域，由于信号受到影响，RTK的效率受到限制。

四、GPS RTK技术的特点

GPS RTK技术几乎全部保留了经典GPS所拥有的功能，如快速静态测量、静态测量等，所获得的观测数据也可以采用后处理的办法进行；传统的GPS技术测量时，对数据不能进行实时传递，需要全站仪配合才能进行测绘放样工作，GPS RTK技术不仅可以直接进行放样测量，而且其测量的精度可达到厘米级；GPS RTK技术可以做到迅速动态定位，若在测量中由于障碍物原因而出现失锁时，可以通过重新连接GPS卫星，并在几分钟之内进行初始化，进而可以重新测量；RTK技术的使用没有时间和地点的限制，只要是能收到GPS信号的地方均可使用；在使用GPS RTK技术进行测量时，可以采用1+N或1+1的方式进行，各基准站和流动站可以独立进行作业，显著的提高了测量的效率；GPS RTK技术的优点是在进行现场测量时，不仅可以确定定位的精度，而且也能实时把握定位的结果，相对于其他测量方法，测量的精度非常均匀，显著的提高了测量的工作效率。

1、GPS RTK技术应用实例

本测量实例使用的是“灵锐86”型双频GPS动态接收机，该接收机的所标示的精度为10mm+5ppm，测量时选用3个以上均匀分布的、具有水准高程的，并且在GPS RTK所允许测量范围内的四等GPS点作为测量所需的公共点，选用七个参数，进而实现由WGS-84坐标系向地方坐标系的转换，其他已知点被用来进行检核。

2、GPS RTK技术的质量控制

在使用GPS RTK技术进行测绘时，发现影响测绘精度的因素有以下几点：①使用坐标转换参数的精确度。在进行坐标转换参数的求解时，需要三个以上的已知公共点方可，它的精度不仅和测区内所选择的公共点的数量以及位置有关，而且与所用已知点自身的精度有关；②测绘作业的环境。从RKT技术的工作原理上可以看出，若基准站的坐标精度不高，就会导致流动站获得的坐标带上系统偏差，所以在选择基准站坐标时必须选择精度高的；③人为因素的影响。在使用GPS RTK技术进行测绘时，测量人员的对仪器的熟练程度直接影响到测绘结果的精度；在实际测绘作业时，若在屏幕未显示出固定解时就记录相关的数据，这就会使测设点的精度过低，严重时可能导致测绘错误；若接收机的天线在使用时未保持垂直，所得到的测设结果就不可以使用，使得测设点的坐标精度由于人的缘故而降低。

五、结束语

综上所述，区域地区的工程测量，既需要首级控制点，也需要详细精确的碎 步测量例如：地形图测量采集碎部点。RTK首级控制的灵活性及空旷地区测量的有利性为我们的工作提供了极大的方便。

参考文献:

[1]刘基余，李征航，王跃虎，等全球定位系统原理及应用[M].北京:测绘出版社，1995