GPS RTK在工程测量中的应用

[摘 要] 本文阐述了GPS RTK的发展，探讨了GPS RTK在工程中的应用，并介绍了GPS RTK在工程中的作业方法

[关键词] GPS RTK 发展现状 工程应用 测量

1.概述

GPS就是全球定位系统,它是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代紧密卫星导航定位系统。GPS卫星定位测量是研究利用GPS系统解决大地测量问题的一项空间技术。随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。通过RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

2.GPS技术发展现状

全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面；对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。

相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量，其原理是采用载波相位测量局域差分法：在接收机之间求一次差，在接收机和卫星观测历元之间求二次差，通过两次差分计算解算出待定基线的长度；求解整周模糊度是其关键技术，根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量；快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量；而RTK测量以其快速实时，厘米级精度等特点广泛应用于数据采集(如碎部测量)与工程放样中。RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。

GPS测地型接收设备是实现测地定位的基本条件，接收机有单频与双频之分，双频机能以L2观测值修正电离层折射影响，最适宜于中、长基线(大于20km)测量，具有快速静态测量的功能，可升级为RTK功能；单频机适宜于小于20km的短基线测量，对于一般工程测量具有良好的性能价格比。RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成，整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点，完全可以满足数据采集和工程放样的要求。鉴于GPS系统在轨卫星数有限，在对空通视受遮挡的条件下，不能保证正常解算，影响定位的精度和可靠性。实践表明，单频GPS系统由于多环境的制约，存在着很大的局限性。随着俄罗斯的全球导航卫星系统(CLONASS)的不断完善，利用GLONASS来改善GPS性能的双星座系统(GLONASS+GPS)已由美国Ashtech公司研制成功，这种全天候、全地域、高精度的系统为用户提供了更为完善的接收设备，双星座系统的接收设备GPS接收设备的新水平。

3.GPS RTK在工程中的应用

3.1 各种控制测量

传统的大地测量，工程控制测量采用三角网、导线网方法施测，不仅费工费时，而且要求点间通视，精度分布不均匀。采用常规的GPS静态测量、快速静态、伪动态方法，在测量过程中又不能实时了解定位精度，在测量完成后，如果发现精度不合要求时，还必须返测。而采用RTK来进行控制测量，能够实时了解定位精度，只要点位精度满足要求，便可以采集所需点的坐标值，这样可以大大提高作业效率，而且保证测量精度。RTK也可以应用于公路控制测量、线路控制测量、水利工程控制测量、大地测量等。

3.2 地形测图

以前，我们测地形图时，一般要先建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在是用全站仪和电子手簿配合地物编码，再利用大比例测图软件来进行测图，这些都要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点，从而必须与测站通视，且一般要求至少2-3人操作，在拼图时一旦发现出错还需要返测，若采用RTK，在一般的地形地势下，1人在高质量的RTK设站一次即可测完以10多公里为半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和搬站点的次数，在地形地貌碎部点上呆一二秒钟，就可以得到该点的三维坐标值，同时输入地物编码，在测量过程中能实时知道点位精度，这样使作业速度加快，劳动强度降低，节省了外业费用，也提高了劳动效率。在测量过程中只要满足RTK的基本工作条件，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级，并且还没有累加误差，数据安全可靠。测量成果由专业的成图软件就可以输出所要求的地形图。采用RTK技术再配合电子手簿可以测设各种地形图，如普通测图、铁路线路带状地形图的测设，公路、管线等地形图的测设，配合测深仪的专业导航软件可以测量水库地形图，航海海洋测量等。

3.3用地测量

在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可实时地测定界址点坐标，确定土地使用界限范围，计算用地面积，在土地分类及权属调查时，应用RTK技术可实时测量权属界限、土地分类修测，提高了测量速度和精度。

3.4 放样

工程放样是测量中的一个分支应用，它要求采用专业的仪器，通过一定的方法，把设计好的点位在实地标定出来。若采用常规的放样方法，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，要标出一个已知点，往往需要来回移动目标，而且要2-3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，有时放样过程中遇到困难还要借助很多方法才能进行，如距离较远时必须支出几个点，这样使得误差累加，从而影响放样点的精度，因此在生产应用上效率不是很高。

若采用RTK，根据GPS RTK实时定位的特点，可以单人操作并很方便地标出各类直线、曲线或特征点及完成各类复杂的工作。而且放样速度快，无需指挥，移动站人员仅需把设计好的点坐标输入到电子手簿中，带着GPS接收机，手簿动态直观地显示并自动提醒你走到放样点的位置，可实时显示实测点与放样点之间的三维坐标及距离关系。由于GPS是通过坐标来直接放样的，因此放样过程十分简单轻松，无需测站支配，放样结果直观明了，从而大大提高了放样效率。

4. 结语

根据上述GPS RTK在工程测量中的应用特点，可见：

4.1 采用RTK进行测量，能进一步提高测量作业效率，即降低了劳动强度，节省了测量费用，使测量时间变得更短，精度更高，若作业半径越大时，效率就更加明显。

4.2 GPS作业有着极高的精度，它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。GPS测量可以大大提高工作成果的质量，它不受人为因素的影响，整个作业过程全由微电子技术，计算机技术控制，自动记录、自动数据处理、自动平差计算。

4.3 RTK高精度高程测量同高精度平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山区发展的形势下，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，RTK高程测量无疑是一种有效的手段。

参考文献：

[1] 王小刚. RTK在工程测量中的应用[J].珠江现代建设，2005，3：7-9.

[2] 刘经南、葛茂荣. 广域差分GPS原理及应用[D].北京：测绘出版社，2000.