山區(qū)測(cè)量工程中GPS PTK 技術(shù)

嚴(yán)召進(jìn)

（貴州地質(zhì)工程勘察院，貴州 貴陽(yáng) 550008）

1 GPSRTK 測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)介

GPS RTK 即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)衛(wèi)星全球定位技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是通過(guò)一臺(tái)基準(zhǔn)站和若干臺(tái)移動(dòng)站組成的測(cè)量系統(tǒng)，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間使用無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行連接。移動(dòng)站以基準(zhǔn)站的已知數(shù)據(jù)獲得改正參數(shù)，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)得到測(cè)量數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)站同時(shí)又把測(cè)量修正參數(shù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈傳送給移動(dòng)站，使移動(dòng)站測(cè)量數(shù)據(jù)得到改正而獲得所需要的測(cè)量成果，這樣移動(dòng)站就可以實(shí)時(shí)、方便、快捷的進(jìn)行各種測(cè)量工作。GPSRTK 數(shù)據(jù)處理實(shí)際上是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的單基線(xiàn)處理過(guò)程。

RTK 測(cè)量技術(shù)的主要特點(diǎn)是：①一個(gè)以上已知控制點(diǎn)即可工作，這在山區(qū)周?chē)阎刂泣c(diǎn)破壞嚴(yán)重、資料不好收集的情況下不致影響工作；②直觀(guān)快捷，可以實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)、記錄、使用測(cè)量數(shù)據(jù)，無(wú)須再進(jìn)行復(fù)雜的平差計(jì)算；③精度高，其測(cè)量成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于導(dǎo)航型手持機(jī)的測(cè)量精度，可以達(dá)到厘米級(jí)，完全可以達(dá)到除高等級(jí)控制測(cè)量外的所有測(cè)量工作的需要；④目前該技術(shù)還具有一定的局限性，受無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的限制，目前市場(chǎng)出售的多數(shù)品牌的GPSRTK 數(shù)據(jù)鏈連接最大可達(dá)到二、三十公里，一般只在10公里左右，山區(qū)根據(jù)地形情況則作用距離更近。隨著移動(dòng)通信技術(shù)、衛(wèi)星差分(星鏈)、網(wǎng)絡(luò)RTK 等新技術(shù)在GPSRTK 測(cè)量工作中的應(yīng)用，GPS RTK 將擁有更廣的發(fā)展前景。

2 概況

在山區(qū)測(cè)量過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到剖面途經(jīng)村莊、丘陵、山地、密布的灌木叢或樹(shù)林甚至懸崖峭壁等復(fù)雜的地形地物，此時(shí)，若采用常規(guī)全站儀按極坐標(biāo)法在實(shí)地作三維放測(cè)，將面臨嚴(yán)重的通視困難或頻繁的轉(zhuǎn)放支點(diǎn)及搬站。費(fèi)工費(fèi)時(shí)，并且難以滿(mǎn)足精度要求。由于RTK 是載波相位實(shí)時(shí)差分為依據(jù)的動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。與傳統(tǒng)測(cè)量相比，該套系統(tǒng)除具有操作快捷、精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)外，還不受天氣、通視情況的限制，可全天候作業(yè)，大大提高工作效益。它能在施測(cè)過(guò)程中實(shí)時(shí)得到三維坐標(biāo)（平面坐標(biāo)及高程）且測(cè)量精度可達(dá)到厘米級(jí)。這就使在山區(qū)測(cè)量中應(yīng)用成為可能。

3 實(shí)時(shí)平面定位系統(tǒng)原理

RTK 實(shí)時(shí)定位是通過(guò)在已知基準(zhǔn)點(diǎn)上(即參考站觀(guān)測(cè))將各鐘觀(guān)測(cè)值包括偽距觀(guān)值和載波相位觀(guān)測(cè)值利用無(wú)線(xiàn)電調(diào)制調(diào)解器，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給流動(dòng)站，各流動(dòng)站GPS 接收機(jī)將接收到的參數(shù)站信息進(jìn)行解碼，再對(duì)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站間進(jìn)行解碼，實(shí)時(shí)得到流動(dòng)站坐標(biāo)值及點(diǎn)位精度。

4 作業(yè)流程

4.1 收集測(cè)區(qū)控制點(diǎn)資料

作業(yè)前收集測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)資料，包括控制點(diǎn)坐標(biāo)系、等級(jí)及中央子午線(xiàn)，坐標(biāo)系是常規(guī)網(wǎng)還是GPS 控制網(wǎng)，控制點(diǎn)的地形和位置是否適合作動(dòng)態(tài)GPS 的參考站。

4.2 測(cè)區(qū)布置及參數(shù)設(shè)置

在實(shí)施放樣測(cè)量前，應(yīng)對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行合理布置，一般將測(cè)區(qū)分成若干個(gè)塊，且使每個(gè)塊的控制點(diǎn)較為均勻的分布，同時(shí)還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)，如定義要求的配置集、數(shù)據(jù)保存位置、坐標(biāo)系統(tǒng)、天線(xiàn)類(lèi)型、限差、衛(wèi)星高度角等。

4.3 基準(zhǔn)站的選定和安置

根據(jù)各測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)情況避開(kāi)高壓線(xiàn)，電視塔附近,電臺(tái)通訊等受影響地段。選擇堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定，地勢(shì)較高，臨空面廣闊，交通方便且人畜不易到達(dá)的位置作為基準(zhǔn)站的架設(shè)點(diǎn)。為了保證測(cè)量精度，基準(zhǔn)站一般架設(shè)于各測(cè)區(qū)的中部。

4.4 流動(dòng)站的測(cè)量

通過(guò)衛(wèi)星預(yù)報(bào)，選擇最佳觀(guān)測(cè)時(shí)間，正確安置設(shè)備，選擇流動(dòng)站配置集。在基準(zhǔn)站接受機(jī)上輸入坐標(biāo)、各相關(guān)參數(shù)、天線(xiàn)高作業(yè)名、測(cè)站名等。當(dāng)流動(dòng)站接收到參考站數(shù)據(jù)且跟蹤到足夠的衛(wèi)星后，接收機(jī)開(kāi)始解算整周模糊度，整周模糊度一經(jīng)確定，手薄上提示固定解，表明初始化工作完成。根據(jù)手薄上現(xiàn)有的程序，輸入設(shè)計(jì)線(xiàn)路端點(diǎn)坐標(biāo)，手薄根據(jù)你當(dāng)前位置和設(shè)計(jì)線(xiàn)路位置比較，提示左右移動(dòng)即可開(kāi)始數(shù)據(jù)采集工作。并將所測(cè)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)及坐標(biāo)精度指數(shù)記錄存儲(chǔ)。林地、懸崖腳、村莊等衛(wèi)星遮擋嚴(yán)重的地段，用RTK 不能完成測(cè)量，可在該地段兩點(diǎn)分別用RTK 測(cè)兩個(gè)點(diǎn)，在用常規(guī)測(cè)量方法解決。流動(dòng)站利用同一基準(zhǔn)站信息，可各自獨(dú)立開(kāi)展工作，實(shí)時(shí)提供測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)對(duì)觀(guān)測(cè)質(zhì)量進(jìn)行檢查，避免外業(yè)出現(xiàn)返工。

4.5 地形測(cè)量

在所需要的大比例尺地形測(cè)圖的工作中，在地形條件較好的情況下(主要指相對(duì)高差較小、坡度不陡，接收衛(wèi)星信號(hào)好無(wú)線(xiàn)連接無(wú)死角)，可直接利用GPSRTK 采集測(cè)量數(shù)據(jù)。否則，在地形條件較差的情況下，可利用GPSRTK 配合全站儀等其他測(cè)量?jī)x器采集測(cè)量數(shù)據(jù)。無(wú)論那種方法，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，都大大提高了工作效率和測(cè)圖精度。

4.6 勘探線(xiàn)剖面測(cè)量

在所有的GPS 測(cè)量中，只有GPS RTK能完成勘探線(xiàn)剖面測(cè)量任務(wù)。一是GPS RTK的線(xiàn)放樣功能可確保觀(guān)測(cè)點(diǎn)在設(shè)計(jì)剖面線(xiàn)上不偏移；二是可保證觀(guān)測(cè)地形點(diǎn)的高程精度。而靜態(tài)和后差分無(wú)法直接確定剖面線(xiàn)位置，導(dǎo)航型手持GPS 高程測(cè)量又不準(zhǔn)確。

5 測(cè)量實(shí)例及精度評(píng)價(jià)

RTK 測(cè)量結(jié)果的精度，除受基準(zhǔn)點(diǎn)位精度影響外，還受模糊度解算誤差、坐標(biāo)系統(tǒng)結(jié)算誤差、GPS 天線(xiàn)對(duì)中誤差等影響，在測(cè)量過(guò)程中，流動(dòng)臺(tái)在施測(cè)的同時(shí)，隨時(shí)對(duì)沿線(xiàn)的已知點(diǎn)GPS 控制點(diǎn)進(jìn)行比測(cè)，情況如下。

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從以上比測(cè)統(tǒng)計(jì)表可以看出，RTK 測(cè)量的點(diǎn)位精度可以達(dá)到厘米級(jí)。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，與傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀視距、全站儀光電測(cè)距相比，使用GPS RTK 測(cè)量系統(tǒng)提高了工程測(cè)量精度。在測(cè)網(wǎng)和剖面布設(shè)時(shí)基本消除了網(wǎng)線(xiàn)偏移和網(wǎng)閉合差，只存在很小的個(gè)點(diǎn)的離差，在工程點(diǎn)定位測(cè)量時(shí)。由于直接在高等級(jí)控制點(diǎn)下工作。大大降低了測(cè)量點(diǎn)位的累積誤差，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。RTK 測(cè)量點(diǎn)位精度高，避免了常規(guī)測(cè)量中人為誤差的引入，且每個(gè)點(diǎn)的誤差為隨機(jī)誤差，不存在積累。施工簡(jiǎn)單，工作效益高，可在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供點(diǎn)位坐標(biāo)及精度。操作者可隨時(shí)監(jiān)控所測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。當(dāng)達(dá)到精度后再進(jìn)行采集避免后處理發(fā)現(xiàn)問(wèn)題再返工。該系統(tǒng)可以全天后作業(yè)，不受天氣、通視條件限制，只要能收到衛(wèi)星信號(hào)和基準(zhǔn)站信號(hào)即可施工。通過(guò)數(shù)據(jù)處理程序，大大減輕了測(cè)量人員內(nèi)外勞動(dòng)強(qiáng)度。在山區(qū)測(cè)量中有廣闊的應(yīng)用前景。