GPS

摘要：GPS 卫星定位技术的发展，使测绘科学发生了巨大的变革，RTK 实时动态测量技术已广泛应用于现代工程测量等诸多方面。本文从 GPS RTK 技术系统组成入手，简介了 GPS 定位技术的特点及RTK 测量的基本原理，进而论述了 GPS RTK 技术在现代工程测量中的应用。

关键词：GPS RTK；工程测量；应用

中图分类号：P258 文献标识码：A

引言：全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)，是从20世纪70年代开始美国研制的使用在军事上的新一代定位系统和卫星导航。随着GPS系统的不断完善和成熟，其广泛运用在工程测绘领域得到。测绘中已对GPS技术普遍的采用，使得控制网布网的灵活性和测绘工作效率大幅提高。全球定位系统GPS由三部分(如图1所示)组成:地而监控系统、用户设备和空间卫星星座。它在许多学科都广泛应用，如大地测量学、地球动力学、大气科学、天文学、地球物理勘探、海洋科学、航工程变形监测、精密时间传递以及空与卫星遥感等方面，充分地显示了这一卫星定位技术的高效益和高精度。

图1 GPS组成示意图

一、GPS定位系统的组成简介

GPS 定位系统由三部分组成：空间卫星部分、地面控制部分和用户。

（一）、空间卫星部分

空间部分在各轨道平面上由 21+3 颗卫星分布，有3～4 颗卫星在每个轨道面上，对赤道面的倾角为55°，两轨道面的夹角为60°，运行周期约 12小时，轨道高约20，000km，卫星的布局在任何时间全球任意位置能够保证都能同时收到卫星信号四颗以上。每颗卫星向地面发射频率为1227.60MHz和1577.42MHz 的L2和L1载波信号，载波信号上调制有粗略/探测（C/A）码、精密P码和导航电文。

（二）、地面监控部分

整个系统的中枢是地面控制部分。它由三个注入站、一个主控站和五个监测站组成。保证整个系统的正常运转是控制部分的任务，包括调整和管理整个系统的工作状态，采集各类观测数据，计算卫星钟的误差、卫星星历和漂移等。定位信息和各项改正数，注入卫星存储器组成电文，一个高精度的 GPS 时间系统建立和维护，以一组原子钟为基础。

（三）、用户

用户是指所有定位、授时等使用接收机完成服务的整体。由电源、天线和主机组成用户接收机部分。主机的核心为石英振荡器、微电脑，还有相应的输入输出接口和设备。视场中为了方便采集来自各个方位的卫星信号，通常采用全方位形的天线。电源部分为天线和主机供电，可使用经稳压、整流处理的市电，也可用蓄电池。

二、RTK测量的基本原理及系统构成

载波相位差分技术即RTK 技术，是建立在两个测站的载波相位实时处理基础上的。设置一台GPS接收机在基准站上是其测量的基本原理，进行连续观测所有可见 GPS，并将其坐标信息及相位观测值，实时地通过无线电设备，发送给用户观测站。GPS 接收机在用户站上，在GPS 卫星信号同步接收的同时，接收基准站通过无线电设备，传输的坐标信息及观测数据，然后用户站的三维坐标实时提供，根据相对定位原理，能达到厘米级的精度。RTK测量系统构成包括数据传输设备、GPS接收设备和软件系统。

三、在现代工程测量中GPS RTK技术的应用

GPS RTK 测量以其厘米级精度、快速实时等特点在现代工程测量中广泛应用。

（一）、控制测量

在一些控制测量高精度中，高精度 GPS 静态测量方法依然使用，但在一些精度要求和图像控制不是很高的控制测量中，只需要作业人员应用RTK 技术在点位上测量几秒钟，定位结果就实时可以得到，作业率大大提高。但是测区控制用 RTK ，为了保证作业精度，由于缺少检查条件，可以采用两种方法来解决：（1）将所有的点位用两个不同的基准站分别测量一次,两次的差值比较。

（2）把所有点位测量两次用同一个基准站，两次的差值比较，进行 R T K 测量用两个不同基准站时，如果基准站不是很高的坐标精度，比较可能较大的差值，而且一种系统性会体现出。因为在 RTK 测量中基准站的已知点误差不能消除，并且会作为固定误差存在下来，包括测量误差和已知点误差两部分在这样的比较差值里面。而测量两次用同测站，只包含有测量误差，比较的差值就很小。

（二）、碎部测量

如果直接用 RTK 测图，各对控制点可以不布设，传统的“先控制、再测图”的做法改变。RTK 只要相对数量的基准点，就可以快速并高精度地测定地物点、地形点的三维坐标。无论是电子平板测量，还是平板仪测量，测站与测站之间都要求通视，操作时至少需要2 ~3 人，而仅需要 1 人采用 RTK 技术，在测区内持仪器采集数据，并同时三维坐标和输入点号，可以生成各种比例尺地形图应用数字化软件，测图的精度和效率大大提高。

（三）、公路测量

随着 GPS数据处理技术和接收机性能逐渐完善，也不断拓宽了GPS 应用领域。在公路工程中实时GPS 测量可完成多种工作。

(1)中线测设

在大比例尺带状地形图上设计人员定线后，在地面需将公路标定出来。采用实时GPS测量，只需输入中线柱点的坐标 到GPS 接收机中，放样的点位系统就会定出。由于都是独立完成的每个点位的测量，累积误差不会产生，各点放样精度趋向一致。

(2)横、纵断面测量

利用中线桩点坐标，公路中线确定后，通过绘图软件，即可给各桩点的横断面和出路线纵断面。由于均是测绘地形图的所用数据通过采集得到的，因此纵、横断面测量不需要再到现场进行。从而外业工作大大减少。如果现场断面测量需要进行时，也可采用实时 GPS测量。在精度、经济、实用各方面与传统方法相比，都有明显的优势。

(3)施工测量

实时 GPS 系统既有极丰富的软件可选择，也有良好的硬件。对点、线、面以及坡度等施工中放样均很快捷、方便。精度可达到厘米级。

(4)地籍测量

应用 RTK 技术测定地籍测量中每一宗土地的测绘地籍图以及权属界址点，它能实时测定一些地物点的位置及有关界址点并要求的厘米级精度能达到。直接录入 GPS 获得的数据处理后到GPS 系统，可精确、及时地获得地籍图。但在遮蔽地带影响 GPS 卫星信号接收的，应采用测距仪、全站仪、经纬仪等测量工具，进行细部测量采用图解法或解析法。RTK 技术在勘测定界测量建设用地中，界桩位置可以实时地测定，确定计算用地面积、土地使用界限范围。勘测定界放样利用 RTK 技术进行是坐标的直接放样，面积量算建设用地勘测定界中，实际上直接计算由 GPS 软件中的面积计算功能并进行检核，常规的解析法放样的复杂性被避免，建设用地勘测定界的工作程序得到简化。

四、GPS应用于工程测绘的实施

GPS测量的内业工作主要包括测后数据处理、技术总结和GPS测量的技术设计等；外业工作主要包括建立观测标志、选点、成果质量检核和野外观测以等。如果按照GPS测量实施的工作程序，则可分为选点与建立标志、技术设计、成果检核、外业观测与处理等阶段。

（一）、GPS网的技术设计

控制网的图形设计十分重要，在常规控制测量中。GPS网设计关键思考以下几方面:网的可靠性设计。应重点考虑可靠的检验方法和成果的准确性在图形设计时。GPS网通常构成闭合图形应该通过独立观测边，提高网的可靠性，以增加检核条件。针对GPS点，布设一个通视良好的方位点在控制点附近300 m外，以便建立连测方向，或者至少一个控制点和控制点的相互通视。

（二）、成果检核与数据处理

观测成果的外业检核是确保实现预期定位精度、外业观测质量的重要环节，所以，必须及时对外业观测数据在测区进行严格的检核，当观测任务结束后；并根据情况必要的重测或者采取淘汰、补测等。对各项检核内容严格检查，只有按照要求，才能进行后续的数据处理和平差计算，确保准确无误。采用的数学算法、模型等多种形式，有着相当复杂的数据处理过程；同时，采用连续同步观测的方法进行GPS测量，通常15s自动记录一组数据，常规测量方法无法比拟的其信息量之大。借助于计算机，在实际工作中，达到了相当高的程度使得数据处理工作的自动化，这也是能够被广泛使用GPS的重要原因之一。

五、结束语

总之，相信在不久的将来，GPS为工程测绘提供最科学的数据分析，这项技术能够被更广泛、更好地应用，发展更加壮大，更好的为社会服务。

参考文献：

[1] 王惠南,GPS 导航原理与应用[J].科学出版社,2003.

[2] 赖继文，GPS 测量技术及其在工程测量中的应用[J].地矿测绘,2006,3.