GPS-RTK在工程测量中的应用分析
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摘要：本文分析了GPS-RKT技术在工程测量行业中的应用现状及RKT技术的发展与应用前景，介绍了GPS系统的基本组成及RTK测量技术的基本原理。并在实际应用中，并分析了应用RKT技术的优缺点，为今后采取提高措施测量精确度提供一些参考价值。
GPS系统是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航与定位系统。它不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，引起了广大测量工作者的极大兴趣。
特别是进入二十世纪九十年代以来，GPS定位技术进入了空前迅猛的发展阶段，从静态定位到实时动态定位，从RTD(GPS伪距差分Real Time Differential的缩写)到RTK(GPS相位差分Real Time Kinematic的缩写)，从控制测量到碎布测量。定位技术越来越先进，应用领域越来越广泛，目前，GPS己经广泛应用于各行各业的测量工作。
1.GPS新技术的主要特点
（1）观测站之间无需通视。既要保持良好的通视条件，又要保障三角网的良好结构，这一直是经典大地测量在实践方面的困难问题之一。GPS测量不要求观测站之间相互通视，因而不再需要建造规标。这一优点即可大大减少测量工作的经费和时间(一般造标非永久性约占总经费的30%一50%)，同时也使点位的选择变得更为灵活。
（2）定位精度高。现已完成的大量实验表明，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1-2×10-6，而在100―500km的基线上可达10-6―10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于I000km的距离上相对定位精度达到或优于10-8。
（3）观测时间短。目前，完成一条基线的精密相对定位所需要的观测时间，根据要求的精度不同一般约为1―3小时。为了进一步缩短时间，提高作业速度，快速定位方法的研究己取得了突破性的进展，在不超过20km的短基线上，观测时间仅需几分钟，即可达到与静态定位基本相同的精度。这一时间是常规测量方法无与伦比的。
（4）提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影以及导航中的应用提供了重要的高程数据。
（5）操作简便。GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务只是安装并开关仪器、量取仪器(天线)高度和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如捕获卫星、跟踪观测等均由仪器自动完成。另外，GPS用户接收机一般重量较轻、体积较小，因此携带和运输都很方便。
（6）全天候作业。GPS观测工作可以在任何地点、任何时间连续地进行，一般也不受天气状况地影响。
2.RTK测量原理
载波相位差分技术又称为RTK(Real Time Kinematic)，是建立在实时处理两个测站载波相位基础上的，它能实时提供流动站的三维坐标。RTK测量是GPS动态相对定位测量的一种，是用一台接收机安设在参考点上固定不动，另一台接收机设在运动的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星，以确定运动点相对参考点的位置。从GPS测量的基本原理来讲，要确定某一点的精确位置，首先要精确解算出卫星信号传播的整周未知数，RTK测量也不例外，由于是实时定位，需要实时解算整周未知数，解算难度自然加大。与其它动态相对定位方法不同的是，在RKT测量技术中，采用了载波相位观测值，参考站通过数据传输电台将其载波相位观测量及测站坐标信息一同传送到流动站，流动站接收GPS卫星的载波相位数据与来自参考站的载波相位数据，并组成相位差分观测值进行实时处理，实时地解算出每颗卫星信号的整周未知数。在TRK测量中，使用最为广泛的是快速逼近技术和求差技术。这些解算技术可大大提高测量成果精度，目前采用这些技术可以取得厘米级定位成果。
其工作原理是：参考站接收到来自卫星的GPS信号，并与其自身(天线)所在的已知位置进行匹配，计算每颗卫星的差分改正值，并调制成无线电信号，然后通过无线电台实时地向外发送；流动站工作时，同时接收来自卫星的GPS信号和来自参考站的差分改正信号，将各类信号解调以后，通过差分改正值对相应卫星的码数据或载波相位数据进行改正，然后计算出定位数据，再通过坐标系统转换参数将其转换到所使用的测量基准。
3.RTK测量方法的优缺点
作为一种先进的测量系统，除了具备一般GPS测量的优缺点以外，还具有其自身的特点和局限性。
3.1主要优点
测量的优点主要表现在以下及各方面：
（1）实时显示仪器(天线)当前的位置
仪器各项参数设置正确，正常工作以后，可实时显示当前位置的地理坐标，操作者可根据所显示的坐标判定所要放样的物理点所在的方向、距离等信息，从而可以方便地指导作业，大大方便了测量的野外施工。
（2）定位精度高
在仪器的作业范围以内(作业半径15km)，其定位精度可达到厘米级(仪器标称精度一般为10mm+2ppm，按此计算，在距参考站15km处相对于参考站的精度为40mm)。这一精度完全可以满足各项测量的碎布点测量要求。对于物探测量来说，由于精度要求较低，作业范围可以进一步放宽。
（3）测线测量无需考虑闭合问题
在采用常规仪器进行测量时，必须布设测量导线，由于测量误差的传播与累积，必须经最后平差计算才能提交测量成果，在实际施工中往往与地震生产产生冲突。而GPS动态测量中，物理点的测量误差只与参考站有关，在确保参考站设置正确、工作正常后，流动站正常工作测量的成果即为最终测量成果，即可提交使用，无需等到整条测线施测完毕。
（4）可以按照施工情况随意安排测量
GPS实时动态测量的引入，改变了常规测量的理念，无需布设测量导线，这样就可根据施工情况跨测线、跨地域进行测量，极大地方便了野外测量的施工。
（5）事先将测量点坐标写入，使用导航方式指导放样按照测线设计的内容，将要进行放样的物理点坐标输入到GPS动态测量流动站仪器中，由仪器的导航方式指导可以方便地寻找放样地点，从仪器的提示中可以知道去目的地(放样地点)的方位、距离、时间等信息，甚至还可了解目前的行进方向和速度。采用这种方法可以更为方便地进行实地放样，避免了个别点的漏测现象，保证了测线的完整性。
（6）可全天候作业
GPS测量具有全天候性，如果测量任务紧张，在安全措施得到保障的情况下，可以安排夜间测量。
3.2RTK测量的缺点
RTK测量存在的缺点主要表现在以下几个方面：
（1）由于反射物的影响，产生多路径效应
在遭遇城区或大面积的水域时，GPS卫星信号会通过建筑物表面或水面进行反射，然后同由GPS接收天线进入到接收机，从而影响GPS测量位置的正常解算，使得计算结果存在粗差。在静态测量中，这些粗差可通过一些方法进行消除，但在实时测量中，要消除这些粗差比较困难。
（2）强大电磁场的影响
由于强大功率的电台、电视台以及高压线等产生的强大电磁场对GPS信号产生干扰，从而使得GPS测量精度降低。这是GPS测量中存在的比较普遍的问题，无论是静态测量还是动态测量，要消除这一影响引起的粗差比较困难。在静态测量中，选点是可以充分考虑，而在动态测量中，由于放样点的客观原因，无法避开。如果发现这些点放样时出现异常，必须采用常规测量方法如全站仪极坐标放样或坐标放样法来代替。
（3）障碍物遮挡无法施工
由于GPS实时动态测量需要同时接收来自两方面的无线电信号，一方面时来自卫星的，另一方面时来自参考站的。接收来自卫星的信号需要对天开阔，这需要测点对天通视良好，接收来自参考站的信号，需要测点相对于参考站的信号发射天线之间没有大物阻挡。这样就使得GPS实时动态测量作业在树林、村庄、城区、山区的作业变得相当困难。