GPS-RTK技术在线路测量中的应用研究

摘要：本文简要介绍了gps-rtk技术的基本理论，发展概况及特点，阐述了GPS控制网设计方法，探讨了RTK技术在线路测量应用方面的要求、特点及存在的问题

关键词：GPS，RTK技术，线路测量

Abstract: this paper briefly introduces the GPS-RTK technology the basic theory, development situation and characteristics, this paper expounds the GPS control network design method, this paper discusses the application of the circuit RTK technology measurement requirements, characteristics and existing problems

Keywords: GPS, RTK technology, the line measurement

中图分类号：P228.4文献标识码：A 文章编号：

随着我国不断加大对基础设施建设的投入，公路、铁路、电力等线路建设得到突飞猛进的发展。这些基础设施的发展对促进沿线区域经济的健康、快速发展起着重要的带动作用。如何高效的做好线路测量，保证国家基础设施建设的快速发展起着至关重要的作用。

1. GPS的组成及发展概况

全球定位系统(Global Positioning System简称GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。RTK（Real Time Kinematic）技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。

RTK技术是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图、控制测量等带来了新的生机，极大地提高了外业作业效率。

1.1 GPS的组成

GPS系统主要包括三大组成部分：即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。

1.1.1空间星座部分由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，亦即(21+3)GPS星座，24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，各个轨道平面之间相距60°。

1.1.2地面监控部分每颗GPS卫星所播发的星历，以及轨道控制等均由地面监控系统提供。GPS工作卫星的地面监控系统主要由分布在全球的1个主控站、3个注入站和5个监测站组成。

1.1.3 用户设备部分即GPS信号接收机。能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出观测站的三维位置，甚至三维速度和时间，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。

1.2 GPS系统的发展概况

第一阶段，方案论证和初步设计阶段，从1973年到1979年。

第二阶段，全面研制和试验阶段，从1979年到1984年。

第三阶段，实用组网阶段。1989年2月到1995年7月。

第四阶段，完全运行阶段。1995年7月17日，GPS达到FOC(Full Operational Capability)一完全运行能力。

1.3 GPS测量的特点

相对于传统测量来说，GPS测量主要有以下特点：测站之间无需通视；定位精度高；观测时间短；提供三维坐标；操作简便；全天候作业。

1.4 GPS测量的误差分析

GPS卫星定位中的误差按其性质可分为系统误差和偶然误差。系统误差无论从误差的大小还是对定位结果的危害性将都比偶然误差要大得多，它是GPS测量的主要误差源。

从误差来源来讲，GPS测量误差大致可分为3种：一是与卫星有关的误差，主要包括星历误差、卫星钟误差及相对论效应等；二是与信号传播有关的误差，主要包括电离层折射、对流层折射以及多路径误差等：三是与接收机相关的误差，主要包括接收机钟误差，位置误差，天线相位中心变化等。

2 线路 GPS控制网的布设要点

2.1线路GPS网的等级选择

2.1.1 根据项目需求，GPS控制网一般分为一级、二级、三级、四级。

2.1.2 GPS控制网相邻点间弦长精度是GPS网质量检核的重要精度指标，其按下式计算确定：

式中：为弦长标准差；

2.2 GPS控制网的布设要求

（1）GPS控制网的布设应根据线路等级、沿线地形地物、作业时卫星状况、精度要求等因素进行综合设计。

（2） GPS的WGS-84坐标系统转换到所选平面坐标系时，应使测区内投影长度变形值不大于2.5cm/km。

（3）线路路线过长时，可视需要将其分为多个投影带。在各分带交界附近应布设一对相互通视的GPS点。当GPS控制网作为线路首级控制网，如需采用其它测量方法进行加密时，应每隔5km设置一对相互通视的GPS点。当GPS首级控制网直接作为施工控制网时，每个GPS点至少应与一个相邻点通视。

（4） 应由一个或若干个独立观测环构成，并包含较多的闭合条件。当控制网由非同步GPS观测边构成多边形闭合环或附合路线时，其边数应符合下列规定：一级GPS控制网应不超过5条；二级GPS控制网应不超过6条；三级GPS控制网宜不超过7条；四级GPS控制网宜不超过8条。

（5）一、二级GPS控制网应采用网连式、边连式布网；三、四级GPS控制网宜采用铰链导线式或点连式布网。GPS控制网中不应出现自由基线。

（6） GPS控制网应同附近等级高的国家平面控制网点联测，联测点数应不少于3个，并力求分布均匀，且能控制本控制网。当GPS控制网较长时，应增加联测点的数量。路线附近具有等级高的GPS点时，应予以联测。

（7） GPS点需要进行高程联测时，可采用使GPS点与水准点重合，或GPS点与水准点联测的方法。平原、微丘地形联测点的数量不宜少于6个，必须大于3个；联测点的间距不宜大于20km，且应均匀分布。重丘、山岭地形联测点的数量不宜少于10个。各级GPS控制网的高程联测应不低于四等水准测量的精度要求。

2.3 线路GPS网的布设特点

GPS网淡化了“分级布网、逐级控制”的布设原则；对点的位置和图形结构没有过苛要求。

线路GPS网呈带状直伸形，为了减少由方向引起的横向误差以及便于GPS网的检核，应联测更多的高等级控制点，并力求分布均匀。路线较长时，应增加联测点的数量。当测区投影长度变形大于2.5cm/km，为了减少投影变形，方便设计与施工放样，一般采用路线中央经度线作为中央子午线。路线过长时可采用多个投影带。

3 GPS-RTK技术存在的问题

在不能被卫星信号很好覆盖的地区，如高山峡谷深处、密集森林区、高楼林立区，RTK地使用受到限制。且易受到障碍物如大树、高大建筑物、大面积水域和高频信号源地干扰，精度会受到影响，作业时可选远离上述干扰物的地区建站。

3.1 高程异常值

对高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常图在有些地区存在较大误差，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相对困难，精度也不均匀。可通过增加转换参数的精确度来提高高程精度。

3.2 初始化

在山区、林区、闹市区作业时，GPS卫星信号会被阻挡，容易造成死锁，采用RTK作业时需要经常重新初始化。

3.3 电力供应不足

在电力供应缺乏或偏远作业区作业时要做好充分准备，可多携带大容量电池、电瓶以保证连续作业。

4结 论

线路测量工作量大，对控制要求高，GPS RTK技术的出现有力的解决了这一问题，极大地提高了工作效率和测量精度，在线路测量、管理、维护等方面更已经得到广泛的应用，随着网络RTK技术的日益成熟，各地CORS站的不断建立、完善，线路测量会变得越发快速、准确。

参考文献

[1] GB/T18314-2001全球定位系统(GPS)测量规范

[2] JTJ-T066-98 线路全球定位系统(GPS)测量规范