GPS-RTK在控制测量中的应用

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摘要：GPS技术应用在地质勘查中是一项伟大的技术革命，其中包括单点导航定位和相对测地定位是GPS应用中的两大技术方面，并且相对测地定位是应用比较广泛的主要应用方式。本文笔者首先概述了gps-rtk的简介及系统组成，基于对GPS-TRK技术应用模式的分析，探讨了在控制测量中应用GPS-RTK技术的几点注意事项。

关键词：控制测量、GPS-RTK技术、应用

中图分类号：P258 文献标识码：A

一、前言

随着技术的发展，在现代控制测量中GPS-PTK得到了大量应用。通过GPS-PTK技术的应用，用户就可以实时的检测流动站的观测质量以及基线解算结果的收敛情况的数据，根据待测点实现精度的指标，来确定观测的时间，从而减少冗余观测，可以有效的提高测量效果。

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。

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。

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-TRK技术的应用模式

目前，GPS-TRK技术在地质测量中主要有三种应用的模式：快速静态的定位测量、动态定位的测量、准动态的测量。三种测量的定位模式各有优势，同时还可以相互交叉使用，被地质工程测量广泛的使用，可以包括许多项目环节，包括施公奇案测量、地图的绘制、施工期间的监理和地理信息系统前端数据。

1.快速的静态定位

快速静态定位是静态定位的一种衍生，对于客观的环境有着比较大的依赖程度，但却有着快速和比较高的精度的优点。其工作原理：在每个用户的接收机上面安装GPS，可以保持接收机处在静止的状态，同时进行观测和数据的采集。用户站可以同时接收来自基准站和卫星的观测数据，还可以同步实时的进行解算来调节用户的三维坐标。一旦结算结果变化趋势变小时，可以达到一种比较稳定的状态，而非静止的状态，只需要进行调整接收机接收卫星的频率处在不连续的采样阶段，就可以有效的控制测量结果处在误差的范围内部。

2.动态定位

通常情况下，动态测量可以分成两步：第一步是初始化展开测量工作。在实际的测量的工作之前，先锁定固定的一些静止控制点，对它们进行观测数分钟并且采样样本数据。第二步，采取的样本数据反馈到流动站的接收机上面。此方法适合采样点的实时定位，比如说地质点的空间坐标位置，它的特点包括可快速的准确定位和控制精度到厘米的级别。

3.准动态的定位方式

准动态的定位是通过动态定位的测量技术进行的，和动态定位有着十分相似的工作原理。测量前，应该将流动站的接收机实行初始化，使其相对静止的起始点进行观测采样数据，用来结算整体的未知数据。在初始化结束后，流动站接收机可以实时接收基准站的同步观测数据，还可以根据初始化阶段的采样的样本数据对每一个观测点观测解算，最后确定每一个观测站的三维坐标。此方法测量有着许多优点：测量速度快，精准度高，适应性强。

四、网络RTK技术

网络RTK系统由基准站网、数据处理中心、数据通信链路和用户部分组成。一个基准站网可以包括若干个基准站，每个基准站配备有双频全波长GNSS接收机、数据通讯设备和气象仪器等。基准站的精确坐标一般可采用长时间GNSS静态相对定位等方法确定。基准站按规定的采样率进行连续观测，通过数据通信链实时将观测数据传送给数据处理中心，数据处理中心首先对各个站的数据进行预处理和质量分析，然后对整个基准站网数据进行统一解算，实时估计出网内的各种系统误差的改正项（电离层、对流层和轨道误差），建立误差模型。数据处理中心根据流动站送来的近似坐标（可根据伪距法单点定位求得） 判断出该站位于由哪最近三个参考站所组成的三角形内， 然后根据这三个参考站的观测资料求出流动站处所受到的系统误差， 并播发给流动用户来进行修正以获得高精度的定位结果。必要时可将上述过程迭代一次。网络RTK 技术的典型代表有：MAX（主辅站）技术；VRS（虚拟参考站）技术；CBI（综合误差内差）技术；FKP（区域改正参数）技术。

相较于常规RTK，网络RTK(虚拟参考站系统)有以下优势：

1.覆盖范围广

连续运行的GPS基准站的建设,将改变传统的平面与高程控制测量方法,今后的控制将不再需要布设大量的测量控制点,也不需要采用分级布网.逐级控制的传统测量模式。精化地区大地水准面,GPS技术结合高精度.高分辨率大地水准面模型可以取代传统的水准测量方法测定正常高,真正实现GPS技术在几何和物理意义上的三维定位功能,使得平面控制网与高程控制网分离到传统大地测量模式成为历现代高程基准的主要任务。

2.低成本

对于移动站用户,无需野外参考站,仅需移动站的投资。用户不再架设自己的基准站。相等于是在计算机区域网上建立的现代化城市大地测量网络服务系统。

3.高精度

网络RTK技术采用了多个参考站联合数据对电离层对流层等改正考虑较好,有效消除系统误差和周跳,定位可靠性和精度较高,作用范围较大,相对于传统RTK提高了精度,1PPM的概念没有了,在网络控制范围内,精度始终在1—3CM。

4.效率高

更快捷的移动站初始化,均匀的高精度,更高的生产率,更快的投入作业,提高了劳动生产率,从而降低了生产成本,提供了可靠的.没间断的服务。

五、结语

现阶段，GPS-RTK技术的实际应用已经得到了许多行业的重视和科技工作人员的关注，它不仅对测量行业有不一般的意义，而且对其他更多的行业来说也是一个很好的机遇。相信随着科学的发展，网络GPS-RTK技术凭借其良好的稳定性、良好的数据传输能力，再加上计算机软件的辅助，会得到非常广泛的应用前景。

参考文献：

郭鑫：《GPS-RTK技术在地质勘查中的应用》，《中华民居》，2012年10期

李胜：《地质工程测量中RTK的应用技术》，《中国新技术新产品》，2010年11期

关晓刚：《浅谈GPS在地质勘查矿区控制测量中的应用》，《黑龙江科技信息》，2012年39期

王国祥 梅熙：《GPS-RTK技术在工程测量中的应用》，《四川测绘》，2001年04期