试论GPS-RTK测量技术在工程中的应用

试论GPS-RTK测量技术在工程中的应用

钱叶会

钱叶会

四会市城乡规划局规划测量队广东，四会526200

摘要：GPS-RTK技术具有实时性强、操作简便、无须通视、定位精度高等优点,提高了测量工作效率,充分保证测量精度,在我国测量工程中得到了广泛应用。文章对GPS-RTK测量技术在工程中的应用进行了分析。

关键词：GPS-ＲTK；测量技术；工程应用

1.GPS-RTK动态测量技术的工作原理

(1)实时载波相位差分。ＲTK动态测量技术是以载波相位观测量为依据的实时差分GPS测量技术，工作时需选取精度较高的控制点作为基准站，架设一台接收机，对可见卫星进行连续观测，并将观测数据经无线电波发送至流动站接收机，经过相对定位实时计算流动站的三维坐标。

(2)坐标转换。经相对定位得出的三维坐标反映在WGS－84坐标系中，而在我国使用的均为北京54坐标系或西安80坐标系，因此需要对其进行坐标转换，来达到为我所用的目的。坐标转换可采用先将GPS测得成果投影成平面坐标，用已知控制点计算二维相似变换的四参数，实现坐标转换;高程可采用平面拟合或二次曲面拟合模型，利用已知水准点推算出待测点的高程异常，从而求出该点高程。

2.动态测量技术的优越性

(1)自动化程度高，操作简便。测量时只需将参数进行简单的设置，即可对沿线坐标采集或工程放样。且数据处理简单，通过数据线实现与计算机进行数据传输。

(2)快捷、高效。如接收信号正常，GPS－ＲTK动态测量作业半径可达10KM左右，在此范围内，只要进行一次设站，即可连续工作，不仅减少了现场设点需求，而且单人就能完成，大大的降低了劳动强度和工作成本。

(3)无误差积累。常规仪器因条件限制，工作中需要多次或不断搬站，误差会出现累积的状况，随搬站次数增加，累积误差就会越大，影响测量精度和测量成果;而ＲTK只要满足其工作条件，在作业半径范围内，它的精度始终不变，能达到厘米级。

(4)不受通视条件限制。传统测量测站之间相互通视一直是困扰测量的难题，往往使测量工作大受周折，进而影响整个工程进度。RTK测量对两点间的通视没有要求，只需满足其通讯正常、无电子干扰等基本工作条件，相对于传统测量，它的受限制条件较少。

(5)省时、即时。GPS卫星的数目较多，且分布均匀，满足基本条件下，可在随时随地实现测量工作，一般不受天气状况的影响。

3.GPS－ＲTK在城市工程中的应用

以下以某工程为例，介绍GPS-ＲTK动态测量技术在实际工程建设中的应用，充分发挥GPS-ＲTK的优势，并根据GPS测量技术制定测量控制方案，使工程建设各阶段测量工作及时、优质的完成:

(1)建立测量控制网。根据总承包的交桩点资料，互通区各设2条导线和水准线路。用GPS静态法建立测区控制网，控制点相邻点间距1～2公里，并已知点联测，计算各控制点平面坐标，平差时考虑投影变形，并采取相应的措施进行变形改正，控制网精度满足建设E级要求。

(2)基准站选定。基准站布设在项目部办公楼天台，此处地势较高、四周开阔，有利于电台发射。控制点用5cm长、直径1cm的不锈钢钉作为标志，并用钻孔机打孔后埋设，该点稳固、精确。

(3)选择合适的作业时段。互通区沿线地形地貌相对较为复杂，且处于城区周围，为获得齐全、准确的工程数据，在项目建设初期，即与当地气象部门建立气象信息合作机制，用于掌握测区天气状况，使得工程建设过程中，有利于选择在晴空时段进行测量，此时卫星的捕获不受云层、气流等因素干扰，观测条件佳，定位精度高。

(4)高程控制测量。因相关资料查阅不出地区高程异常数，导致GPS测量获得的大地高程，不便于直接进行换算转化，同时，由于GPS新线定测水准点设置要求在2km左右，部分地段不能满足观测要求，而采用拟合高程，将不能达到精度要求，因此，水准控制测量仍采用水准仪作业。

(5)内业准备。根据设计图纸提供的路线起始桩号、起点坐标、方位角、加直线长度以及曲线要素等技术参数，将其输入计算程序，高架桥梁计算间距为10m(变截面和曲线段箱梁按2m)计算桥梁中心点和边桩点坐标，地面道路主线计算间距为20m，匝道为5m计算道路中心点和边桩点坐标，将计算结果导入GPS接收机存储卡，以便外业测量时调用。

(6)外业测量。基准站可选在结构物顶部且精度较高的控制点上，架设好基准站接收机，开机后进行初始化设置和无线电设置，并将天线高等参数输入接收机。流动站按同样步骤设置好后，即可进行坐标放样或数据采集工作，使测量工作变得简便、灵活。

利用RTK动态技术进行测量，可将测量人员从繁重的工作中解放出来，重新编组、分工，使测量工作变得轻松、愉快。

4.GPS－ＲTK动态测量技术的不足

虽然ＲTK动态测量技术相对常规仪器有诸多优势，也被广泛运用于测量工作当中，但在某些地点或者某些区域，以及RTK自身存在的一些缺陷，使它并不能完全取代常规仪器，也存有很多局限性，如高差异常、数据传输干扰、电磁干扰、信号强度、多路径效应以及稳定性等:

(1)高程异常问题。ＲTK测量作业模式对高程的转换要求是必须精确，而我国目前现有的高程异常图存在不同程度的误差，尤其是在山区误差更大，某些局部地区甚至没有高程异常图。这就给高程转换增加了困难，同时测量精度也不均匀。

(2)数据传输干扰。观测数据在传输过程中会受到干扰(如障碍物和高频信号源)，而在山区或城市楼群区，由于信号衰减，信号源较弱，甚至出现信号受限状态，直接影响到作业的半径和作业的精度。

(3)多路径效应。所谓多路径效应是指由建筑物、水面或其它反射物表面反射抵达接收机天线的干扰信号，其产生的结果会使信号路径增长、伪距存在系统偏差，致使定位结果不准。多路径效应是RTK定位测量最为严重的一种误差，一般的情况下，多路径效应产生的误差可达在1～5cm，且呈周期性。多路径效应只能采取一定措施减弱，不能被完全消除。同时多路径效应的问题也是GPS静态技术所面临的问题。

(4)信号强度。影响ＲTK信号的因素很多，如:高压线、微波站、电视台、大功率无线发射器以及周边反射性物体等，都会对信号强度产生干扰，常会出现连接不到所需卫星的情况，导致ＲTK不能正常工作。同时在白天因电离层的干扰大(尤其是正午时段)，观测时有效卫星数减少，会导致GPS初始化时间延长，有时甚至不能进行初始化，进而不能进行ＲTK动态测量。

(5)受卫星状况限制。如果在有效卫星数不足的情况下，RTK的初始化完成时间会受到影响，如在城市楼群密集区、峡谷深处以及森林区，卫星信号会被长时间遮挡，影响有效工日作业时间，效率低下，严重时还会GPS导致失锁现象。

(6)初始化时间。因受多种因素影响，RTK系统能不能实现初始化，是进行实时准确定位的关键一步，在山、林及城市楼群密集等地区作业时，会导致GPS卫星信号受阻，引起卫星失锁现象，与参考站的数据信号中断，此时需要对GPS进行重新初始化，可能还会多次重复操作，使得测量的精度和效率降低。

(7)稳定性。由于RTK动态测量的不足，导致测量定位的精度和稳定性都不及常规仪器(全站仪)，特别是稳定性，这主要是因为RTK比较容易受信号干扰、数据链传输状况、卫星状况以及天气状况影响的原因。另外，在不同的ＲTK测量技术作业系统中，测量的精度和稳定性也有较大的差别。

5.结束语

GPS-ＲTK技术不仅能达到较高的定位精度，极大的提高了测量的工作效率，减少了测量人员的劳动强度，在便捷、高效的同时，还应扬长避短，充分认识其不足，经过不断总结和完善，避免因其产生的不必要的麻烦，才能发挥出ＲTK技术的最大优势。随着GPS-ＲTK技术的提高，这项技术已经逐步应用到工程建设日常工作中。通过相应的数据处理程序，可大大减轻了测量人员的内外业劳动强度，因此ＲTK技术在工程建设领域有广阔的应用前景。

参考文献

[1]GPS测量原理及应用.武汉大学出版社，2001．

[2]刘大杰.全球定位系统(GPS)原理与数据处理[M].同济大学出版

社，1999．

[3]控制测量学.武汉大学出版社，2002．

[4]张正禄.工程测量学.武汉:武汉大学出版社，2005．