GPS―RTK技术在工程测量中应用探析

【摘要】gps-rtk是实时动态定位技术，其基础是载波相位观测值，其功能是可以实时提供三维定位结果，并且以坐标的形式呈现出来，其优点是精确度高，达到厘米基本。在该模式中，有两个部分输送数据，分别为基准站和流动站，在数据链的基础上，基准站给流动站输送观测值和测站坐标信息。本文从GPS-RTK技术的概述分析，讲述了GPS-RTK技术在工程测量中的应用，并提出了GPS-RTK技术在测量中的不足及控制。

【关键词】GPS-RTK技术 工程 测量 应用

一、GPS-RTK技术的概述

1、GPS-RTK系统组成

GPS-RTK又名实时动态差分法，它采用差分GPS三类（位置差分、伪距差分和相位差分）中的相位差分，是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。RTK系统基准站由基准站GPS接收机及卫星接收天线、天线电数据链电台及发射天线、直流电源等组成。（如图1）

1.1基准站部分。基准站负责接收GPS信号，包括导航信号、电文信号等。基准站的使用目的是提供差分坐标，星历等信息。

1.2 差分传送部分。差分传送的任务是将基准站的差分数据传输给移动站包括测站坐标、观测值、卫星跟踪状态等数据。

1.3 移动站部分。移动站的任务是接收两种信号，其分别是GPS信号和基准站差分信号，在此基础上，解算信号，最后得到相关的实时定位结构，其具备高精准度的特点。

1.4 手簿终端控制器。其内置测量软件为RTK测量软件，可以设置相关的工作参数，比如基准站和移动站等的参数，并且可以显示成果，这成果为移动站实时坐标，并且能进行测量参数的测量和设计辅助路线。

2、GPS-RTK的工作原理

GPS-RTK是实时动态定位技术，其基础是载波相位观测值，其功能是可以实时提供三维定位结果，并且以坐标的形式呈现出来，其优点是精确度高，达到厘米基本。在该模式中，有两个部分输送数据，分别为基准站和流动站，在数据链的基础上，基准站给流动站输送观测值和测站坐标信息。流动站有三个职能：一是接收基准站传送的数据：二是采集GPS观测数据；三是自动组成差分观测值，对数据进行实时处理，这一工作必须在系统内为完成。流动站可处于两种状态，分别是静态和动态。数据处理技术和数据传输技术是非常重要的，也是RTK技术的核心所在。RTK测量技术使用领域广泛，其具有自动化程度高和精确度高的优点，且其克服了传统的弊端，测量的精确度不受天气的影响，并且可24小时不停的工作。

RTK定位离不开接收机，接收机分为两种，一种是基准站接收机，另一种是流动站接收机，分别需要一台或多台以上，电台也是少不了的，其作用是数据传输，RTK模式的关键是控制手簿，其功能是记录数据，包括基准站坐标、高层、坐标系转换参数、水准面拟合参数；流动站接收机安置于众多待测点上。基准站和流动站必须是同步的，这两者要跟踪卫星，跟踪的数量要四颗以上，基准站实时观测可见卫星，并且将相关卫星信号输送给流动站接收机，这一输送必须有电台的参与，控制手簿负责采集GPS观测数据和基准站传送过来的信号，并且对其进行处理，这处理时在差分和平差的基础上进行的，最后得出流动站的坐标和高程。

已知点（平面坐标或高程已知）很重要，这是基准站的架设点，这个点的设置要求较高，一般设置在测区的中间，这样设置的好处是有开阔的视野，没有高大树木和楼房的阻挡，其不能与水接触，而且要避免高电磁波发射源。基准站和流动站的职能是接收卫星信号，这两者必须保持一致。通过电台，基准站输送一些数据给流动站，包括测站坐标、伪距观测站、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态，在卫星信息的协调下，流动站对其进行实时差分平差处理，三维坐标和观测精度信息在此基础上得出。该系统由两部分组成，一部分是GPS测量技术，另一部分是数据传输技术，这两者的数据输送是依赖无线数据完成的，其采用UHF频段，不仅具备可靠和稳定的优点，其抗干扰能力也非常强。

二、GPS-RTK技术在工程测量中的应用

GPS-RTK定位，其测量模式分为动态定位模式与快速静态定位模式两种，通过测量模式的结合，GPS-RTK技术在工程测量中，可以应用与控制测量、碎部测量、施工放样、变形监测等领域。

1、控制测量。控制测量作业属于工程建设、工程管理与工程维护的重要基础，根据工程本身的性质及规模，选择控制网型及测量精度。城市控制网存在着精度高、应用频繁且面积大等特点，然而城市建设速度较快，在施工中容易对控制网导线造成破坏，从而影响工程测量进度及质量。在一般工程项目中，其控制网对精度要求较高。应用GPS-RTK技术进行控制测量，可以在测量区域内架设机基准站，应用流动站对每个控制点高程及平面坐标等进行直接测量，针对不容设置站点的控制点，应用交会法等间接测量方法进行控制测量。GPS-RTK精度较高与传统测量方式相比，GPS-RTK控制测量的实现，不要求点与点之间保持通视，且覆盖面积较大，测量速度及精度较好，工程费用较低，从而提高作业效率。

2、碎部测量。在传统碎部测量作业中，需要布设控制点并要求测站与所测点保持通视，其测量的实现，需要两到三个人协作来完成。而应用RTK测图，则可以不进行控制点布设，仅需要一个工作人员携带仪器在碎部点位置输入特征编码，通过测图软件，绘制出地形图，其碎部测量只需要输入将碎部点坐标与其属性信息输入，采集速度十分快，测图难度低，测量质量较好。

3、施工放样。在工程测量中应用RTK进行放样，只需要将放样参数，如放样起点坐标、放样终点坐标、曲线转角及半径等参数输入到RTK控制器中，便可以进行施工放样。RTK放样方法灵活，支持桩号放样及坐标放样，且在放样过程中，可以有效控制误差，消除累积误差，保证了放样精度。

4、变形监测。RTK技术的变形监测，主要内容为建筑物的地基沉降、位移或倾斜状况等的监测。变形监测网精度要求十分高，达到毫米级。进行工程变形监测，其监测体体积较大，监测环境十分复杂，且变形检测精度要求十分高。应用RTK技术，将监测时间分为几个时间段，应用强制对中的措施，在长度范围小于4km的基线向量中，其测量精度可以满足变形监测的需要。

三、GPS-RTK技术在测量中的不足及控制

1、受到限制的因素

1.1 受到卫星状况的限制

当前，卫星在一定的时间段、区域内却不能很好地利用卫星进行测量，也有可能造成虚假的数值。此外，在一些高山峡谷、深沟低洼、建筑物密集和森林茂密的地区，卫星信号就受到了制约，作业的时间就受到了限制。产生的虚假数值可以应用RTK测量成果的质量控制方法发现，时间的限制可以利用业余的时间来进行有效地解决。

1.2 天空环境的影响

在白天，由于受到大量电离层的干扰，公用的卫星数目比较少，因此造成了初始化的时间大大的拉长，不能达到初始化的目的和效果，也无法进行准确的测量。如果利用GPS-RTK在这种情况下进行测量，不仅测量的效果准确性系数比较高，而且速度很快，然而在中午阶段，GPS-RTK测量就不能达到良好的效果。从这些可以看出选择时间段是非常重要的。

1.3 时间和初始化问题

在一些高山峡谷、深沟低洼、建筑物密集和森林茂密等地区，GPS卫星信号会受到其影响，很大的程度上容易造失误，利用RTK进行测量的时候，需要经常性的初始化设置，这样的测量结果和测量的效率都受到了影响。因此，解决这些问题的主要办法就是选用初始化能力比较强的，所需要的时间比较短的RTK机型。

1.4 高程度出现的问题

RTK作业模式在进行工程测量的时候，要求高程度的转换必须是精度和准确的。但是在外国当今工程测量中，高程度异常图在一些高山峡谷、深沟低洼、建筑物密集和森林茂密的地区存在着很大的误差，这就大大的让GPS大地高程转换到海拔比较高的工作变得非常的艰难，精度系数也不均匀。

2、GPS-RTK技术在工程测量中控制

RTK确定整体性能的模糊度的可行性、可靠性是非常高的，RTK技术比静态的GPS还要多出很多的误差因素。比如说数据链接传输造成的误差等，都与RTK测量成果质量有关。因此，RTK测量与GPS静态测量相比较，更容易出现误差，必须进行质量的有效控制。RTK测量进行有效质量控制的方法主要有以下几个方面：

2.1 已知点的检查、核对比较法。在布置检测控制网的时候，要采用静态的GPS或者全站仪，尽量的多检测出一些控制点，然后再利用RTK技术测出这些控制点的具体坐标位置，进行对坐标的检查、核实、比较，及时的发现问题，采取有效措施解决问题。

2.2 重新测量比较法。在每一次初始化成功以后，首先应该做的事是重新进行测量已经测过的RTK点，或者是高精度的控制点，确定没有问题后，在进行RTK测量。

2.3 电台变频的实时检测法。首先要在检测的区域内建立两个或者两个以上的基准站，每一个基准站都要采用不同的频率发送已经改正的数据，流动站要用变频的开关有选择性的、分别的将接收的各个基准站以及改正的数据，得出两个或者两个以上的解算结果，比较这些数据的差值，以判断出结果。

结束语：

GPS-RTK在控制测量以及施工放样中有着广泛的运用，与传统的测量方法相比，观测速度较快，能够提高高精度的测量成果，但在地形、植被复杂地区，由于卫星跟踪和数据通讯的影响，仍然需要和常规测量相结合，才能得到符合精度要求的成果。

参考文献：

[1]杨华明 基于GPS RTK技术的工程测量应用探讨[J] 科技资讯 2010（19）

[2]牛洪柳 GPS-RTK技术在工程测量中的应用研究[J] 山西建筑 2012（38）

[3]宫国伟 GPS RTK技术在工程测量中的应用[J] 价值工程 2010（29）