RTK技术在工程测量中的应用

　　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。介绍GPSRTK技术在工程测量中的应用。

　　《电子设计工程》(半月刊)创刊于1993年，由西安三才科技实业有限公司主办。中国科技核心期刊(科技论文统计源期刊)，原名《国外电子元器件》，主要介绍具有较高学术水平的、电子领域相关的理论、技术、方法的专业性技术期刊。

　　一、GPS技术发展现状

　　　　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。

　　RTK(ReadTimeKinematic)技术采用了载波相位动态实时分差的方法，能够在野外实时地提供测站点在指定坐标系中三维定点结果，并达到厘米级的精度，所需时间不到一分钟。RTK是GPS应用的重大里程碑，目前正在越来越多的测量工作中得到应用。RTK分为基准站和移动站，在RKT作业模式下，基准站通过无线电将基准站接收机实时的观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给移动站的接收机。移动站通过无线电接收来自基准站的数据，并且采集GPS观测数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，通过坐标转换参数转换得出移动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H。

　　二、GPSRTK技术在工程测量中的应用

　　为满足工程测量中的需要，往往要从很远的位置已知点引坐标、高程，而常规控制测量如导线测量，要求点间通视，费工费时，且精度不均匀。GPS静态测量，点间不需通视且精度高，但数据采集时间长，还需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用RTK技术将无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。

　　实时动态(RTK)定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在工程测量中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS(地理信息系统)前端数据采集。

　　(1)快速静态定位模式。

　　要求GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密;若采用常规测量方法(如全站仪测量)，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK快速静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min(随着技术的不断发展，定位时间还会缩短)，不及静态测量所需时间的五分之一，在工程测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。

　　(2)动态定位

　　测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需2～10s)进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到厘米级。

　　动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量2～4S，精度就可以达到1～3cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。

　　通过手簿与基准站接收机连接，输入基准站的坐标和海拔高，接收机觇标高，尽量多采取几个控制点求取转换参数，转换参数符合精度后，设置好基准站，然后选择附近另一个控制点进行检测，检测结果符合要求后，即可开始测量。

　　在测量中注意事项：

　　(1)作业前应检查所有电源(手簿、主机、电台)、电压是否满足工作状态要求,不满足时应及时更换电池或给电池充电。

　　(2)基准站尽可能架高,以提高数据链的传输速度和距离。但应避开强磁场(雷达、高压线、微波塔和磁铁矿等)的干扰。夏日高温环境下工作时,主机和发射电台应放于阴凉通风处,避免阳光直晒。基准站的卫星截止高度角设置不应小于10°。

　　(3)如在测量过程中出现操作失误而导致基准站坐标数据错误时,要从基站读取数据,同时检查天线类型、天线高等参数的正确性,并重新设置流动站。

　　(4)当超出电台的有效作用域时,须将基准站改设在靠近测量区段的已知点或支站点来解决问题。

　　(5)不宜在遮挡严重、多路径效应严重的区域作业,数据的采集或放样只有在固定解状态下符合精度要求时才有效。

　　三、应用体会

　　通过GPSRTK在工程测量中，得出如下体会：

　　(1)GPSRTK作业有着较高的精度，观测速度快，已在越来越多的测量工作中得到应用，非常适合大规模的工程测量和其它测量工作。

　　(2)GPSRTK作业不受通视条件影响，单站测量控制范围广，操作简单，能有效地减少了因地形复杂带来的繁重工作量。

　　(3)GPSRTK测量可以大大提高工作及成果质量，它不受人为因素的影响，整个作业过程全由电脑控制，自动记录，自动数据预处理，自动平差计算。

　　(4)GPSRTK采集的定位坐标数据是GWS-84坐标，如在其它坐标系统内进行RTK作业则需要求取定位坐标转换参数，转换参数质量的好坏直接影响RTK的测量精度。

　　(5)GPSRTK技术受到基准站传播差分改正数有效范围的限制，在大区域实施作业时，应注意其控制的有效范围，RTK的范围尽量不超过10KM为原则，否则解算速度和精度都大受影响。

　　(6)GPSRTK技术具有自动化程度高，可以极大地降低劳动作业强度，减少工作量，提高作业效率。

　　【参考文献】

　　[1]《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T18314-2001

　　[2]周忠谟，GPS卫星测量原理与应用