GPS-RTK技术在工程测绘中的应用

GPS-RTK技术在工程测绘中的应用

陈柱帆

南宫市自然资源和规划局 , 河北 南宫

摘要：在现阶段国内工程项目建设过程中，离不开测绘技术的应用，而GPS测量技术大大提高了测绘准确度及其可靠性，在提高建筑工程项目测绘管理自动化建设水平方面发挥着非常重要的作用。

关键词：GPS-RTK技术；工程测绘；测绘技术

1 GPS控制网技术及理论基础

1.1GPS控制网技术

相比常规的测量手段，GPS图形设计中，同步观测不要求点与点之间可以通视。因此，在线长、面广的工程测绘中，GPS图形设计显得更加方便、灵活。其中，三角锁形是由边连式和点连式连续使用形成多边形同步图形，该方法与传统地形图测设方法中三角网相类似，具有几何强度高、可靠度高、精度高等优点，被广泛应用于公路等狭长地区的GPS网布设。GPS的基线向量属于WGS－84坐标系的三维坐标差，在实际工程测绘过程中，需要的测量数据是国家或地方独立坐标系，为此，GPS网技术设计时，必须先对GPS基准网进行设计，首先确定GPS测量过程中采用的坐标系统和起算数据，然后将测量成果转化为实际可用的数据。

1.2GPS定位技术理论基础

1.2.1多基准站RTK技术（网络RTK）

通过多个GPS系统基准站的建立，以及多个基准站连续运行卫星定位导航服务系统的建设，利用流动站校正观测值和基准站坐标计算出流动站整周模糊度，获得流动站精准的坐标位置。主流RTK技术中包含虚拟现实技术、媒体访问控制技术和多媒体通信技术等，其中，又以虚拟现实技术应用最多。

1.2.2虚拟参考站技术

虚拟参考站技术是一种基于VRS理论提出的虚拟参考站系统技术，该技术是一种网络实时动态测量（RTK）技术，通过在某一区域内建立构成网状覆盖的多个GPS基准站，在移动台附近建立虚拟参考站，根据周围参考站的实际观测值计算虚拟参考站的虚拟观测值，实现用户站的高精度定位。目前，市面上最有名的是Trimble公司应用的VRS技术软件。

2 GPS－ＲTK构成及其原理

GPS－ＲTK的基本组成主要有3个部分:基站、流动站及通讯系统。其中基准站包括GPS接收机、GPS天线、电源、控制器及无线电通讯发射设备等;流动站主要包括:无线电通讯接收设备、电源、控制器、GPS天线及接收机。GPS－ＲTK的基本原理由绝对、相对定位和差分定位三种，GPS相对定位原理在公路地形图测设中应用最为普遍，以下对基于GPS相对定位原理GPS－ＲTK技术进行介绍。ＲTK的基本原理如下:a.由内置GPS接收机连续观测所有可见的卫星，并将测得的平面坐标和高程等信息通过无线电传输设备发送至用户端^[1]。b.初始化完成后，用户端接受基站传输的平面坐标和高程等数据，并通过自身内置组件接受GPS数据。c.用户端对自身观测值和基站传输进行实时处理，并经转换坐标和测值修正后，实时计算出精度为cm级的用户站三维坐标。

3 基于GPS－ＲTK技术的工程测绘

3.1工程概况

拟建河北省南宫市西环某公路位于324省道与308国道之间，全长7.9km，道路为双向六车道，全线无桥梁及涵洞等设施。因沿线存在历史文物、古树、国防光缆等诸多因素影响，导致项目项目测点之间通视性差，故采用GPS－ＲTK技术对公路地形图进行数字化测绘。

3.2建立测区平面控制网及高程测量

本工程测区范围较小，拟用GPS静态测量的方法检测建立测区控制网，根据精度需求，基于北京1954坐标系联测三等以上平面起算点6个，并基于1956黄海高程系选取9个高程起算点。沿拟建线路设计边线左右两侧布设8个加密控制点，相邻点间距约为600m。通过与国家控制点间的联测求得加密控制点的平面坐标，同时考虑投影变形。选用4台平面精度与高程精度分别为5mm+1×10^－6和10mm+1×10^－6的AshtechZ－Xtreme双频接收机，对拟建公路的GPS控制网进行静态观测，采用Ashtechsolutions数据处理软件进行基线处理和自由网及约束平差。

3.3控制网平差结果分析

控制网的平差要与测区平面控制网的建立紧密结合，通过平差结果与公共点之间的比较，及时发现起算控制点是否正常及GPS－ＲTK观测过程中是否存在有粗差存在，如有问题，应及时调整^[2]。GPS控制网平差是保证测量精度的重要手段之一，就本工程控制网平差结果分析时应注意如下问题:a.对本工程部分GPS点与四等水准点进行联测，以联测的GPS点作为样本，就其水准高程和起算三角点高程进行检查，如有个别点附和不良，则固定网中任意高程起算点，平差解算剩余点;如附和依旧不良，则是因为测量结果粗差较大所致;b.控制网布设过程中，应根据道路走向及设计中线，全面考虑道路沿线现有且可用控制点的分布情况，合理选择起算点，保证分段平差所需起算点个数;c.分段平差过程中，每一段平差结束后应及时将本段与上一段平差结果的公共点进行比较，对于a中所述的粗差结果，必须及时调整;如发现相差结果较大，须保证没有粗差且测量和计算误差在允许范围内，及时检查起算控制点是否存在异常。因此，只要测量方法得当，GPS－ＲTK应用于工程测绘完全可行。

4 提高GPS－ＲTK成果精度措施

虽然本工程GPS－ＲTK测量结果的可靠性较高，由于受仪器自身误差电离层及卫星状况等外界因素影响，GPS－ＲTK可靠性仅为95%～99%左右，相比全站仪和水准仪等传统测量手段，其精度较低。以下就本工程中发现的问题及应对措施予以介绍，为以后GPS－ＲTK技术在工程测绘中的应用提供参考和支持。

4.1受卫星状况的干扰大

GPS－ＲTK的技术核心之一就是GPS系统，而该系统的设计于1973年完成，显然当时的用户需求远远低于现在，导致某些地方每天均会出现一定时长的GPS盲区。同时，当基站或移动站架设在高层建筑下方或室内时，GPS信号会明显减弱，测量结果的精度也随之下降。为降低卫星状况对测量精度的影响，在GPS－ＲTK技术应用于工程测绘时，测量开始前应查明测绘地区是否存在GPS盲区，以及盲区的时长和分布时段，尽可能避免盲区时段内进行测量。

4.2受电离层的影响较大

电离层是经受太阳高能辐射和宇宙线激励后的大气层，地表60km以上的大气层均处于电离状态。在本工程地形图测量过程中，每天12:00～13:40时间段内，GPS－ＲTK测量结果的精度较低^[3]。为降低电离层对测量精度的影响，应避开中午时段作业，提高早晨和傍晚的测量效率。

4.3受数据链电台传输信号及对空通视条件的影响较大

本工程作业过程中，对空通视条件不良时，GPS卫星信号被阻挡的几率大大增加;同时，对空通视条件不良时，数据链电台传输信号会明显减弱，当卫星信号不良或数据链电台传输信号较差时，GPS－ＲTK测量精度会降低^[4]。为减轻数据链电台传输信号与对空通视条件影响测量精度，应合理选择测区平面控制点及GPS网的图形布设方法，同时选择对空通视条件好的控制点，并保证在工作量可承受范围基础上，尽可能避开高大建筑物及山峰等信号干扰源。

结束语：

本文以某环线公路地形图测绘为例，对GPS－ＲTK技术进行了详细介绍。首先对GPS控制网技术进行了简要介绍，其次对GPS－ＲTK的基本构成和数据处理流程进行了分析，然后就GPS－ＲTK技术在某环线公路地形图测绘中的应用进行了分析，最后结合实际应用成果对提高GPS－ＲTK成果精度的措施进行了研究，得到如下主要结论:首先，三角锁形GPS图形布设是由边连式和点连式组合而成，该方法几何强度高、可靠度高且精度高，适合应用于公路地形图的测绘;其次，GPS－ＲTK控制网平差应分段进行，当发现异常时及时予以处理;第三，采用GPS－ＲTK技术之前，应首先查明当地是否存在GPS盲区及盲区的分布时段，流动站和基站的架设还应尽量避开高大山峰和高大建筑物。

参考文献：

[1]蒋明灿.GPS-RTK技术在地质勘探工程测绘工作中的应用[J].资源信息与工程,2018,33(01):8-9.

[2]孟祥吉.GPS-RTK测量技术在水利工程测绘中的应用分析[J].科技经济导刊,2017(09):65.

[3]张锦根.GPS-RTK基准站任意架设技术在工程测量中的应用[J].经纬天地,2016(02):15-17+42.

[4]程云海.探讨GPS-RTK测绘技术在工程勘察测绘中的应用[J].黑龙江科技信息,2015(06):13.