RTK技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

　　全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國陸海空三軍聯(lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全球性、全天侯、連續(xù)性、實時性導(dǎo)航定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。單點導(dǎo)航定位與相對測地定位是GPS應(yīng)用的兩個方面;對常規(guī)測量而言相對測地定位是主要的應(yīng)用方式。介紹GPSRTK技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用。

　　《電子設(shè)計工程》(半月刊)創(chuàng)刊于1993年，由西安三才科技實業(yè)有限公司主辦。中國科技核心期刊(科技論文統(tǒng)計源期刊)，原名《國外電子元器件》，主要介紹具有較高學(xué)術(shù)水平的、電子領(lǐng)域相關(guān)的理論、技術(shù)、方法的專業(yè)性技術(shù)期刊。

　　一、GPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　　　相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實現(xiàn)高精度測量，其原理是采用載波相位測量局域差分法：在接收機之間求一次差，在接收機和衛(wèi)星觀測歷元之間求二次差，通過兩次差分計算解算出待定基線的長度;求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)算法模型，設(shè)計了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測、國家大地測量、大壩變形觀測等高精度測量;快速靜態(tài)測量以其高效的作業(yè)效率與厘米級精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測量;而RTK測量以其快速實時，厘米級精度等特點廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集(如碎部測量)與工程放樣中。RTK技術(shù)代表著GPS相對測地定位應(yīng)用的主流。

　　RTK(ReadTimeKinematic)技術(shù)采用了載波相位動態(tài)實時分差的方法，能夠在野外實時地提供測站點在指定坐標(biāo)系中三維定點結(jié)果，并達(dá)到厘米級的精度，所需時間不到一分鐘。RTK是GPS應(yīng)用的重大里程碑，目前正在越來越多的測量工作中得到應(yīng)用。RTK分為基準(zhǔn)站和移動站，在RKT作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過無線電將基準(zhǔn)站接收機實時的觀測數(shù)據(jù)(偽距觀測值，相位觀測值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給移動站的接收機。移動站通過無線電接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，并且采集GPS觀測數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出移動站每個點的平面坐標(biāo)X、Y和海拔高H。

　　二、GPSRTK技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

　　為滿足工程測量中的需要，往往要從很遠(yuǎn)的位置已知點引坐標(biāo)、高程，而常規(guī)控制測量如導(dǎo)線測量，要求點間通視，費工費時，且精度不均勻。GPS靜態(tài)測量，點間不需通視且精度高，但數(shù)據(jù)采集時間長，還需事后進行數(shù)據(jù)處理，不能實時知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。應(yīng)用RTK技術(shù)將無論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢。

　　實時動態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在工程測量中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監(jiān)理和GIS(地理信息系統(tǒng))前端數(shù)據(jù)采集。

　　(1)快速靜態(tài)定位模式。

　　要求GPS接收機在每一流動站上，靜止的進行觀測。在觀測過程中，同時接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù)，實時解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計要求，便可以結(jié)束實時觀測。一般應(yīng)用在控制測量中，如控制網(wǎng)加密;若采用常規(guī)測量方法(如全站儀測量)，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實施比較困難，而采用RTK快速靜態(tài)測量，可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5-10min(隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時間還會縮短)，不及靜態(tài)測量所需時間的五分之一，在工程測量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測量等控制點加密工作。

　　(2)動態(tài)定位

　　測量前需要在一控制點上靜止觀測數(shù)分鐘(有的儀器只需2～10s)進行初始化工作，之后流動站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動進行觀測，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實時確定采樣點的空間位置。目前，其定位精度可以達(dá)到厘米級。

　　動態(tài)定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應(yīng)用前景，可以完成地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面地面線測量等工作。測量2～4S，精度就可以達(dá)到1～3cm，且整個測量過程不需通視，有著常規(guī)測量儀器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點。

　　通過手簿與基準(zhǔn)站接收機連接，輸入基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和海拔高，接收機覘標(biāo)高，盡量多采取幾個控制點求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換參數(shù)符合精度后，設(shè)置好基準(zhǔn)站，然后選擇附近另一個控制點進行檢測，檢測結(jié)果符合要求后，即可開始測量。

　　在測量中注意事項：

　　(1)作業(yè)前應(yīng)檢查所有電源(手簿、主機、電臺)、電壓是否滿足工作狀態(tài)要求,不滿足時應(yīng)及時更換電池或給電池充電。

　　(2)基準(zhǔn)站盡可能架高,以提高數(shù)據(jù)鏈的傳輸速度和距離。但應(yīng)避開強磁場(雷達(dá)、高壓線、微波塔和磁鐵礦等)的干擾。夏日高溫環(huán)境下工作時,主機和發(fā)射電臺應(yīng)放于陰涼通風(fēng)處,避免陽光直曬?；鶞?zhǔn)站的衛(wèi)星截止高度角設(shè)置不應(yīng)小于10°。

　　(3)如在測量過程中出現(xiàn)操作失誤而導(dǎo)致基準(zhǔn)站坐標(biāo)數(shù)據(jù)錯誤時,要從基站讀取數(shù)據(jù),同時檢查天線類型、天線高等參數(shù)的正確性,并重新設(shè)置流動站。

　　(4)當(dāng)超出電臺的有效作用域時,須將基準(zhǔn)站改設(shè)在靠近測量區(qū)段的已知點或支站點來解決問題。

　　(5)不宜在遮擋嚴(yán)重、多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的區(qū)域作業(yè),數(shù)據(jù)的采集或放樣只有在固定解狀態(tài)下符合精度要求時才有效。

　　三、應(yīng)用體會

　　通過GPSRTK在工程測量中，得出如下體會：

　　(1)GPSRTK作業(yè)有著較高的精度，觀測速度快，已在越來越多的測量工作中得到應(yīng)用，非常適合大規(guī)模的工程測量和其它測量工作。

　　(2)GPSRTK作業(yè)不受通視條件影響，單站測量控制范圍廣，操作簡單，能有效地減少了因地形復(fù)雜帶來的繁重工作量。

　　(3)GPSRTK測量可以大大提高工作及成果質(zhì)量，它不受人為因素的影響，整個作業(yè)過程全由電腦控制，自動記錄，自動數(shù)據(jù)預(yù)處理，自動平差計算。

　　(4)GPSRTK采集的定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)是GWS-84坐標(biāo)，如在其它坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)進行RTK作業(yè)則需要求取定位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換參數(shù)質(zhì)量的好壞直接影響RTK的測量精度。

　　(5)GPSRTK技術(shù)受到基準(zhǔn)站傳播差分改正數(shù)有效范圍的限制，在大區(qū)域?qū)嵤┳鳂I(yè)時，應(yīng)注意其控制的有效范圍，RTK的范圍盡量不超過10KM為原則，否則解算速度和精度都大受影響。

　　(6)GPSRTK技術(shù)具有自動化程度高，可以極大地降低勞動作業(yè)強度，減少工作量，提高作業(yè)效率。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》GB/T18314-2001

　　[2]周忠謨，GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用