GPS-RTK技术在工程测量放线中的应用
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摘要：本文简要介绍了GPS RTK技术的基本原理，结合管线测量、放线的特点，对GPS RTK技术在室外管线工程放样中的应用进行了分析和总结。
关键词：GPS RTK 工程放样
中图分类号： P228.4文献标识码： A
0 前言
随着全球定位系统GPS（Gloal Positioning System）技术的快速发展，定位精度的不断提高。GPS技术，特别是动态GPS技术(RTK-Real Time Kinematic)在工程放样中应用也越来越广泛。因其直观快捷、实时性强、点位误差不累积等优点在测量、放样施工中得到了普遍的使用。
工程放样是测量的一个应用分支，它要求通过一定的方法采用仪器把人为设计好的坐标点在施工现场标定出来。由于RTK具有观测时间短、精度高、无需通视等优点，本文结合自己实际利用双频天骄X90在乘风地区系统配套工程中进行管线路由工程放样的应用，谈谈对RTK技术在工程放样中一些认识。
1 GPS概况（简化）
全球定位系统GPS是由分布在地球两万多公里高的轨道上运行的28颗人造卫星组成的卫星导航系统，它能够实现地球表面及其上空任何地点，任何时刻的三维定位、测速、定时。
1.1 GPS RTK基本原理介绍
GPS定位模式根据作业模式可分为三大类：绝对定位、相对定位、差分定位三类。
RTK(Real Time Kinematic)定位技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的实时差分GPS技术。它是GPS测量技术发展中的一个新突破。它能够实时地提供测站点的指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。它有三部分组成：
1）基准站
2）数据链
3）流动站
RTK定位过程：基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，在流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测实时进行差分处理，得到基准站和流动站的坐标误差ΔX、ΔY、ΔZ，坐标差加上基准站坐标就可以得到流动站的WGS-84坐标（也可以通过手薄的设置得到西安1980坐标或北京1954坐标），通过坐标转换得到每个流动站点的x、y、z。
2工程放样的应用
2.1工程概况
乘风地区系统配套工程供热部分：管线沿东湖路敷设至新城北路DN900等各类保温管38km，电力电缆58 km，其路由位置多处有土堆、树带、围挡、临时建筑物，管线、电缆路由折点多，设计要求位置精确，路由位置没有现状坐标。甲方提供现场4个坐标控制点（G023、025、027、026），及城市乡村控制点成果表，见下图：
依据以上图表与设计图纸比较发现：
1）给出的坐标控制点均没有在管线路由上；
2）两个控制点间的距离较远，均大于2km以上；
3）坐标值均没有规律，基本很难采用传统的方法进行现场测量、放线。
由于二级网、道路、电缆沟路灯均未施工，根据以往管线施工在图纸设计中多数给出管线的管顶埋深，施工中只要能满足设计覆土即可。但该工程管线路由有多处折点，必须在管线折点位置安装不同角度的弯头，因此现场的坐标点定位必须精确,所以我们采用了天骄X90进行了工程放样。
备注：根据上图，DN500供热干线与DN500给水干线的中心距离为2650mm，根据计算，供热干线与给水干线的净距离为：2650-555-655*0.5-532*0.5=1501mm。参考：S1139-2、CJ/T123-2004。
2.2放线作业流程
（1）启动设备：手薄通过数据线与基准站接收机连接,当手薄下方出现“数据固定”（显示为黑色）则说明RTK工作正常，可以使用了。
（2）建立工程信息：在手薄中新建一个文件，依次按要求填写并选取一下工程信息：键入工程名称代号（如输入：CYC0915）、中央子午线（大庆地区中央子午线为126），其他为默认设置，连续点击“确认”2次，工程新建完毕。
（3）现场点放样：通过手薄与移动站接收机的连接，在手薄里输入待放点的坐标，点击“点查找”后选择刚才输入的点的信息后点击“导航”，手薄立刻显示待放点位置导航图，根据导航位置的指示，在有效的固定解状态下，移动移动站接收机，当移动站接收机接近待放点位置时，会发出“嘀—嘀—嘀”的提示音，GPS开始进入有效解状态，通过手薄显示与待放点的相对位移，调整接收机位置，达到符合放样点坐标位置即可实地定点，然后进行下一个坐标点的放样。
（4）直线加密点、测量放样：下图中4点-9点距离为300m（创业城内多处为此种情况），且之间有建筑物暂时不能清除，不能通视，当使用RKT对点4和点9定位后仍然不能放线、开槽。需要在点4与点9之间加入多个控制点。
在手薄中输入点击“参考线放样”，设置直线起始点的坐标，然后点击“放样”，在点4至点9之间移动移动站接收机，在手薄上就会显示该点与点4与点9点的直线的垂直距离，当距离小于1m时，会发出“嘀—嘀—嘀”的提示音。并且在手薄上还会显示该点与坐标起点、端点的的直线距离，也可以根据显示的距离进行现场线段的定位，提高距离测量的效率及精度。
（5）圆曲线放样：在手薄里输入圆心坐标、半径数据，再根据需要放样的圆曲线上的数据输入手薄，即可按照手薄导航图的指示实地定位点。当移动移动站时在手薄上就会显示距离待放曲线的距离。
3.1不需要建立管线测量控制网
RTK的作业模式进行测量放样时，不需要建立测量平面控制网，只需考虑与测区原有已知点的联测，如果测区已建立了精度到2-3cm的大地水准控制点高程，RTK则同时得到满足精度要求的测量点的高程，而无需采用水准测量方法来建立高程控制网。同时用RTK进行管线测量、路由放线，不受场地的限制，特别是在道路、小区管网施工建设的杂乱现场，不要求通视条件，夜间可以施测，也非常适合对正在施工的地下管线、电缆进行覆土前的竣工跟踪测量。
3.2定位精度高
RKT接收机标称精度可达1cm±1ppm（平面），2cm±1ppm（高程）。并且各测点精度均匀，点误差不累计。而常规的全站仪测量放样时测量点的精度：相对于临近控制点，平面测量中误差不大于±5cm （实际全站仪的测量精度为5cm±5ppm），高程测量中误差不大于±3cm，两者比较，RTK测量具有较大的优势。我单位在创业城工程一级网管线、6KV电缆施工的工程中均全部使用了RTK进行了测量、放样（使用的全球定位系统GPS接收机的校验结果为1.8±1ppm，符合规范要求），在测量过程中均未出现过较大偏差。
备注：全站仪测距精度5mm+5ppm，实际上应该这样写：5mm + 5ppm × D km（其中D是测量的距离，用km作单位）。其中5mm是由于仪器对中等因素产生的固定误差，为5毫米；而5ppm×D km是与距离有关的误差（ppm是百万分之一，公里化为毫米要乘以10的6次方，两者相乘，刚好抵消）。假设测量2km的距离，那么精度为5+5×2=15（mm）。
3.3适合长距离、大范围施测
我单位使用天骄X90的作业半径为3km，将RTK支设在中心位置，可以覆盖到整个创业城22个地块的现场测量，特别适合于类似创业城新建小区内管线、电缆线路、道路的施工测量及复测。
3.4采集速度快
采用常规的1+2配置的RTK作业模式，即一台基准站，两台流动站，可以同时进行两组人员测量放样。每个测点在几秒钟内即可实时获得三维坐标，非常适应管线、线路等测量采集点多的情况。
3.5 操作简单、设备轻便
采用常规全站仪进行工程放样，设备沉重，仪器设备场地要求高，前后视不能有遮挡，一般需要三个人共同协作才能完成一个点位的采集。搬站、转站繁琐，工作效率低。而使用RTK技术的自动化程度高。常规配置，观察人员主要是摆好基准站，然后进行流动站采集，对于建立了GPS连续运行参考站的地方，就只要进行流动站的工作。其他观测工作如卫星的捕获、观测记录等均由仪器自动完成。目前RTK设备已实现一体化，体积小，重量轻，便于携带和操作，大大减轻了施工测量人员的劳动强度，采集时可一个人单独作业，提高了采集的工作效率。
4 RTK测量技术在工程放样中的局限性
RTK技术同静态GPS测量一样都受到卫星信号的制约。现状地形位置地理环境复杂多样，特别是城市密集地区，狭窄街道上的测量点，靠近路边建筑物、树林等，由于GPS卫星信号穿过障碍物之后变得十分微弱，甚至被完全遮挡，RTK接收机无法实现定位，或由于周边建筑对GPS信号产生反射，形成多路径效应，产生较大的定位误差。
5 结论
通过GPS- RTK作业模式在乘风地区系统配套工程中的实践证明：RTK技术在工程放样中的使用将会给现场测量放线带来很大的方便，将大大提高测量放线的作业效率和工作质量，降低了劳动强度，节省了测量费用，使测量放线变得轻松容易。
参考文献：
［1］CJJ73-2010，《卫星定位城市测量技术规范》.北京：北京市测绘设计研究院，2010.
［2］CJJ8-2011，《城市测量规范》.北京：北京市测绘设计研究院，2011.
［3］徐绍铨等，GPS测量原理及应用.武汉，武汉测绘科级大学出版社，1998
［4］工程之星2.0用户手册修改版，2004.10.