RTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

　　全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國(guó)陸海空三軍聯(lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全球性、全天侯、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。單點(diǎn)導(dǎo)航定位與相對(duì)測(cè)地定位是GPS應(yīng)用的兩個(gè)方面;對(duì)常規(guī)測(cè)量而言相對(duì)測(cè)地定位是主要的應(yīng)用方式。介紹GPSRTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用。

　　《電子設(shè)計(jì)工程》(半月刊)創(chuàng)刊于1993年，由西安三才科技實(shí)業(yè)有限公司主辦。中國(guó)科技核心期刊(科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊)，原名《國(guó)外電子元器件》，主要介紹具有較高學(xué)術(shù)水平的、電子領(lǐng)域相關(guān)的理論、技術(shù)、方法的專業(yè)性技術(shù)期刊。

　　一、GPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

　　　　相對(duì)測(cè)地定位是利用L1和L2載波相位觀測(cè)值實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，其原理是采用載波相位測(cè)量局域差分法：在接收機(jī)之間求一次差，在接收機(jī)和衛(wèi)星觀測(cè)歷元之間求二次差，通過(guò)兩次差分計(jì)算解算出待定基線的長(zhǎng)度;求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)算法模型，設(shè)計(jì)了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測(cè)、國(guó)家大地測(cè)量、大壩變形觀測(cè)等高精度測(cè)量;快速靜態(tài)測(cè)量以其高效的作業(yè)效率與厘米級(jí)精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測(cè)量;而RTK測(cè)量以其快速實(shí)時(shí)，厘米級(jí)精度等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集(如碎部測(cè)量)與工程放樣中。RTK技術(shù)代表著GPS相對(duì)測(cè)地定位應(yīng)用的主流。

　　RTK(ReadTimeKinematic)技術(shù)采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)分差的方法，能夠在野外實(shí)時(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中三維定點(diǎn)結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)的精度，所需時(shí)間不到一分鐘。RTK是GPS應(yīng)用的重大里程碑，目前正在越來(lái)越多的測(cè)量工作中得到應(yīng)用。RTK分為基準(zhǔn)站和移動(dòng)站，在RKT作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)無(wú)線電將基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)(偽距觀測(cè)值，相位觀測(cè)值)及已知數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)站的接收機(jī)。移動(dòng)站通過(guò)無(wú)線電接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，并且采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出移動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)X、Y和海拔高H。

　　二、GPSRTK技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

　　為滿足工程測(cè)量中的需要，往往要從很遠(yuǎn)的位置已知點(diǎn)引坐標(biāo)、高程，而常規(guī)控制測(cè)量如導(dǎo)線測(cè)量，要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且精度不均勻。GPS靜態(tài)測(cè)量，點(diǎn)間不需通視且精度高，但數(shù)據(jù)采集時(shí)間長(zhǎng)，還需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。應(yīng)用RTK技術(shù)將無(wú)論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在工程測(cè)量中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理和GIS(地理信息系統(tǒng))前端數(shù)據(jù)采集。

　　(1)快速靜態(tài)定位模式。

　　要求GPS接收機(jī)在每一流動(dòng)站上，靜止的進(jìn)行觀測(cè)。在觀測(cè)過(guò)程中，同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)，如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計(jì)要求，便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測(cè)。一般應(yīng)用在控制測(cè)量中，如控制網(wǎng)加密;若采用常規(guī)測(cè)量方法(如全站儀測(cè)量)，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難，而采用RTK快速靜態(tài)測(cè)量，可起到事半功倍的效果。單點(diǎn)定位只需要5-10min(隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，定位時(shí)間還會(huì)縮短)，不及靜態(tài)測(cè)量所需時(shí)間的五分之一，在工程測(cè)量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測(cè)量等控制點(diǎn)加密工作。

　　(2)動(dòng)態(tài)定位

　　測(cè)量前需要在一控制點(diǎn)上靜止觀測(cè)數(shù)分鐘(有的儀器只需2～10s)進(jìn)行初始化工作，之后流動(dòng)站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前，其定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)。

　　動(dòng)態(tài)定位模式在公路勘測(cè)階段有著廣闊的應(yīng)用前景，可以完成地形圖測(cè)繪、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面地面線測(cè)量等工作。測(cè)量2～4S，精度就可以達(dá)到1～3cm，且整個(gè)測(cè)量過(guò)程不需通視，有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。

　　通過(guò)手簿與基準(zhǔn)站接收機(jī)連接，輸入基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和海拔高，接收機(jī)覘標(biāo)高，盡量多采取幾個(gè)控制點(diǎn)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換參數(shù)符合精度后，設(shè)置好基準(zhǔn)站，然后選擇附近另一個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合要求后，即可開始測(cè)量。

　　在測(cè)量中注意事項(xiàng)：

　　(1)作業(yè)前應(yīng)檢查所有電源(手簿、主機(jī)、電臺(tái))、電壓是否滿足工作狀態(tài)要求,不滿足時(shí)應(yīng)及時(shí)更換電池或給電池充電。

　　(2)基準(zhǔn)站盡可能架高,以提高數(shù)據(jù)鏈的傳輸速度和距離。但應(yīng)避開強(qiáng)磁場(chǎng)(雷達(dá)、高壓線、微波塔和磁鐵礦等)的干擾。夏日高溫環(huán)境下工作時(shí),主機(jī)和發(fā)射電臺(tái)應(yīng)放于陰涼通風(fēng)處,避免陽(yáng)光直曬。基準(zhǔn)站的衛(wèi)星截止高度角設(shè)置不應(yīng)小于10°。

　　(3)如在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)操作失誤而導(dǎo)致基準(zhǔn)站坐標(biāo)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí),要從基站讀取數(shù)據(jù),同時(shí)檢查天線類型、天線高等參數(shù)的正確性,并重新設(shè)置流動(dòng)站。

　　(4)當(dāng)超出電臺(tái)的有效作用域時(shí),須將基準(zhǔn)站改設(shè)在靠近測(cè)量區(qū)段的已知點(diǎn)或支站點(diǎn)來(lái)解決問題。

　　(5)不宜在遮擋嚴(yán)重、多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的區(qū)域作業(yè),數(shù)據(jù)的采集或放樣只有在固定解狀態(tài)下符合精度要求時(shí)才有效。

　　三、應(yīng)用體會(huì)

　　通過(guò)GPSRTK在工程測(cè)量中，得出如下體會(huì)：

　　(1)GPSRTK作業(yè)有著較高的精度，觀測(cè)速度快，已在越來(lái)越多的測(cè)量工作中得到應(yīng)用，非常適合大規(guī)模的工程測(cè)量和其它測(cè)量工作。

　　(2)GPSRTK作業(yè)不受通視條件影響，單站測(cè)量控制范圍廣，操作簡(jiǎn)單，能有效地減少了因地形復(fù)雜帶來(lái)的繁重工作量。

　　(3)GPSRTK測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量，它不受人為因素的影響，整個(gè)作業(yè)過(guò)程全由電腦控制，自動(dòng)記錄，自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理，自動(dòng)平差計(jì)算。

　　(4)GPSRTK采集的定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)是GWS-84坐標(biāo)，如在其它坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行RTK作業(yè)則需要求取定位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換參數(shù)質(zhì)量的好壞直接影響RTK的測(cè)量精度。

　　(5)GPSRTK技術(shù)受到基準(zhǔn)站傳播差分改正數(shù)有效范圍的限制，在大區(qū)域?qū)嵤┳鳂I(yè)時(shí)，應(yīng)注意其控制的有效范圍，RTK的范圍盡量不超過(guò)10KM為原則，否則解算速度和精度都大受影響。

　　(6)GPSRTK技術(shù)具有自動(dòng)化程度高，可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少工作量，提高作業(yè)效率。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》GB/T18314-2001

　　[2]周忠謨，GPS衛(wèi)星測(cè)量原理與應(yīng)用