RTK技術在工程測量中的應用

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

　　《電子設計工程》(半月刊)創刊于1993年，由西安三才科技實業有限公司主辦。中國科技核心期刊(科技論文統計源期刊)，原名《國外電子元器件》，主要介紹具有較高學術水平的、電子領域相關的理論、技術、方法的專業性技術期刊。

　　一、GPS技術發展現狀

　　　　相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實現高精度測量，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鍵技術，根據算法模型，設計了靜態、快速靜態以及RTK等作業模式。靜態作業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;快速靜態測量以其高效的作業效率與厘米級精度廣泛應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用于數據采集(如碎部測量)與工程放樣中。RTK技術代表著GPS相對測地定位應用的主流。

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

　　二、GPSRTK技術在工程測量中的應用

　　為滿足工程測量中的需要，往往要從很遠的位置已知點引坐標、高程，而常規控制測量如導線測量，要求點間通視，費工費時，且精度不均勻。GPS靜態測量，點間不需通視且精度高，但數據采集時間長，還需事后進行數據處理，不能實時知道定位結果，如內業發現精度不符合要求則必須返工。應用RTK技術將無論是在作業精度，還是作業效率上都具有明顯的優勢。

　　實時動態(RTK)定位有快速靜態定位和動態定位兩種測量模式，兩種定位模式相結合，在工程測量中的應用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監理和GIS(地理信息系統)前端數據采集。

　　(1)快速靜態定位模式。

　　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，同時接收基準站和衛星的同步觀測數據，實時解算整周未知數和用戶站的三維坐標，如果解算結果的變化趨于穩定，且其精度已滿足設計要求，便可以結束實時觀測。一般應用在控制測量中，如控制網加密;若采用常規測量方法(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實施比較困難，而采用RTK快速靜態測量，可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5-10min(隨著技術的不斷發展，定位時間還會縮短)，不及靜態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線測量等控制點加密工作。

　　(2)動態定位

　　測量前需要在一控制點上靜止觀測數分鐘(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定的采樣間隔自動進行觀測，并連同基準站的同步觀測數據，實時確定采樣點的空間位置。目前，其定位精度可以達到厘米級。

　　動態定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應用前景，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，精度就可以達到1～3cm，且整個測量過程不需通視，有著常規測量儀器(如全站儀)不可比擬的優點。

　　通過手簿與基準站接收機連接，輸入基準站的坐標和海拔高，接收機覘標高，盡量多采取幾個控制點求取轉換參數，轉換參數符合精度后，設置好基準站，然后選擇附近另一個控制點進行檢測，檢測結果符合要求后，即可開始測量。

　　在測量中注意事項：

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

　　(2)基準站盡可能架高,以提高數據鏈的傳輸速度和距離。但應避開強磁場(雷達、高壓線、微波塔和磁鐵礦等)的干擾。夏日高溫環境下工作時,主機和發射電臺應放于陰涼通風處,避免陽光直曬。基準站的衛星截止高度角設置不應小于10°。

　　(3)如在測量過程中出現操作失誤而導致基準站坐標數據錯誤時,要從基站讀取數據,同時檢查天線類型、天線高等參數的正確性,并重新設置流動站。

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

　　(5)不宜在遮擋嚴重、多路徑效應嚴重的區域作業,數據的采集或放樣只有在固定解狀態下符合精度要求時才有效。

　　三、應用體會

　　通過GPSRTK在工程測量中，得出如下體會：

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

　　(2)GPSRTK作業不受通視條件影響，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量，它不受人為因素的影響，整個作業過程全由電腦控制，自動記錄，自動數據預處理，自動平差計算。

　　(4)GPSRTK采集的定位坐標數據是GWS-84坐標，如在其它坐標系統內進行RTK作業則需要求取定位坐標轉換參數，轉換參數質量的好壞直接影響RTK的測量精度。

　　(5)GPSRTK技術受到基準站傳播差分改正數有效范圍的限制，在大區域實施作業時，應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技術具有自動化程度高，可以極大地降低勞動作業強度，減少工作量，提高作業效率。

　　【參考文獻】

　　[1]《全球定位系統(GPS)測量規范》GB/T18314-2001

　　[2]周忠謨，GPS衛星測量原理與應用