gps-rtk在工程測(cè)量中應(yīng)用

1、<p>　　GPS-RTK在工程測(cè)量中應(yīng)用</p><p>　　摘要：文章首先介紹GPS-RTK原理及工程應(yīng)用，詳細(xì)分析GPS-RTK測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)及誤差來源和測(cè)量精度。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS；RTK；工程測(cè)量；測(cè)量精度 </p><p>　　中圖分類號(hào)：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>&l

2、t;b>　　引言 </b></p><p>　　隨著測(cè)繪技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，不斷涌現(xiàn)的新儀器、新方法、新技術(shù)逐步取代了傳統(tǒng)光學(xué)儀器。目前在基礎(chǔ)測(cè)繪方面，GPS-RTK成為工程人員首要的選擇。其能夠克服GPS的作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)需要進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理等缺點(diǎn)，具有全天候、高精度、無需光學(xué)通視的特點(diǎn)，而且還可以為測(cè)量提供實(shí)時(shí)的定位結(jié)果，可以說GPS-RTK這一新成果的應(yīng)用拓展是測(cè)量方法的又一重大突破，這項(xiàng)技術(shù)被人

3、們稱為“GPS全站儀”。與此同時(shí)，GPD-RTK在工程測(cè)量的應(yīng)用還使得測(cè)量朝著電子化、數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，使得測(cè)繪人員從繁重的腦力勞動(dòng)和體力勞動(dòng)中解放出來。 </p><p>　　1 原理及工程應(yīng)用 </p><p>　　1.1 RTK基本原理GPS-RTK定位技術(shù) </p><p>　　基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定

4、坐標(biāo)中的三位定位結(jié)果，并能達(dá)到厘米級(jí)精度。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分GPS系統(tǒng)由基站、數(shù)據(jù)通訊鏈流動(dòng)站以及支持動(dòng)態(tài)差分的軟件系統(tǒng)共同組成。基準(zhǔn)站接收機(jī)設(shè)在位置點(diǎn)上(已知點(diǎn)或未知點(diǎn))，連續(xù)接收可視GPS衛(wèi)星信號(hào)，通過基準(zhǔn)站電臺(tái)(數(shù)據(jù)通訊鏈)將測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)、載波相位觀測(cè)數(shù)值、偽距觀測(cè)數(shù)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)等發(fā)出，流動(dòng)站接收機(jī)在跟 </p><p>　　蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的同事接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)鏈，通過差分處理求解

5、載波相位整周模糊度，得到基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的坐標(biāo)差值ΔX、ΔY、ΔZ。坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)就可以得到流動(dòng)站的WGS84坐標(biāo)，再通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到流動(dòng)站每個(gè)測(cè)點(diǎn)的地方坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)x、y和高程坐標(biāo)h。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其定位時(shí)要求基準(zhǔn)站的接收機(jī)通過民用電臺(tái)或無線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地把相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值及已知數(shù)據(jù)有傳輸給流動(dòng)站接收機(jī)?；鶞?zhǔn)站一般架設(shè)在已知點(diǎn)上，點(diǎn)位通常位于測(cè)區(qū)中心，要求視野開闊，周圍無高大障礙物，

6、遠(yuǎn)離電磁信號(hào)和大面積水面。 </p><p><b>　　1.2 工程應(yīng)用 </b></p><p>　　(1) 控制測(cè)量。 </p><p>　　工程控制網(wǎng)在建設(shè)工程有重要作用，它是工程建設(shè)、管理和維護(hù)的基礎(chǔ)，其網(wǎng)型和精度要求與建設(shè)工程項(xiàng)目的性質(zhì)、規(guī)模等密切相關(guān)。一般而言，四等以下工程控制網(wǎng)覆蓋面積小，點(diǎn)位密度大，精度要求較高。傳統(tǒng)方法采用三

7、角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)來實(shí)施，其大多數(shù)需要分段測(cè)量，有精度分布不均勻、不能實(shí)時(shí)知道實(shí)測(cè)精度等缺點(diǎn)，由于客觀及主觀原因，往往會(huì)造成大量的返工，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。RTK技術(shù)可以代替全站儀進(jìn)行圖根導(dǎo)線測(cè)量，所測(cè)范圍內(nèi)在不通視的情況下測(cè)定無積累誤差的圖根點(diǎn)，使測(cè)圖所需的根點(diǎn)數(shù)量在滿足要求時(shí)，可多可少，機(jī)動(dòng)靈活，而且流動(dòng)點(diǎn)至參考點(diǎn)的距離可達(dá)到10km，能夠減少傳遞。RTK技術(shù)用于常規(guī)工程測(cè)量具有很大優(yōu)越性。 </p><p>　　(2) 工

8、程放樣。 </p><p>　　工程放樣是測(cè)量的一個(gè)應(yīng)用分支，要求通過一定方法利用測(cè)繪儀器把設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位在實(shí)地標(biāo)出來，傳統(tǒng)放樣方法很多，如經(jīng)緯儀交匯放樣、全站儀邊角放樣等。工程實(shí)際中，一般要放樣出一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)的點(diǎn)位往往要來回移動(dòng)目標(biāo)，而且通常要幾人同時(shí)作業(yè)，效率低下且在放樣過程中對(duì)通視條件有要求。若采用RTK技術(shù)，僅需要一個(gè)工作人員將設(shè)計(jì)好的實(shí)點(diǎn)位 </p><p>　　坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑

9、等點(diǎn)位信息輸入到電子手薄中，拿著GPS接收機(jī)便能完成工作。采用RTK技術(shù)進(jìn)行放樣、標(biāo)定點(diǎn)位，是坐標(biāo)的直接標(biāo)定，不像常規(guī)放樣，需要后視方向，其原理是解析法標(biāo)定，因而具有迅疾、方便、精準(zhǔn)等諸多優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　(3) 地形碎部測(cè)量。 </p><p>　　地形測(cè)圖時(shí)首先要在測(cè)區(qū)建立圖根和控制點(diǎn)，然后架設(shè)儀器，采用經(jīng)緯儀配合全站儀和電子手薄一起進(jìn)行地物編碼。在城市空曠地區(qū)、建筑物不太

10、稠密的住宅區(qū)等通透地方，RTK能迅速地完成碎部測(cè)量作業(yè)。在夜間作業(yè)，比傳統(tǒng)測(cè)量作業(yè)方便很多。在市區(qū)中心等建筑物稠密地段，有時(shí)GPS會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)，導(dǎo)致初始化時(shí)間長(zhǎng)或是失鎖，影響測(cè)量速度，可采用RTK增補(bǔ)圖根導(dǎo)線點(diǎn)，配合其他儀器進(jìn)行碎部測(cè)量。這樣可以大大提高工作效率。采用RTK測(cè)圖時(shí)，將GPS接收機(jī)放在待定特征點(diǎn)上數(shù)秒鐘，并輸入特征編碼，通過手薄可以實(shí)時(shí)知道點(diǎn)位精度，把一個(gè)區(qū)域測(cè)繪完成回到室內(nèi)，有專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖。 &l

11、t;/p><p>　　采用RTK配合電子手薄還可以測(cè)量各種比例尺的鐵路線帶、公路管線地形圖等，也有其配合測(cè)探儀用于水庫地形圖和航海海洋測(cè)繪的例證。 </p><p><b>　　2 技術(shù)特點(diǎn) </b></p><p>　　2.1 誤差來源和測(cè)量精度 </p><p>　　RTK定位的誤差，一般分為兩類：同儀器和干擾有關(guān)的誤差

12、以及同距離有關(guān)的誤差。同儀器和干擾誤差可通過各種校正方法予以消除；同距離有關(guān)誤差消除的主要途徑為多基站技術(shù)。 </p><p>　　(1) 同儀器和干擾有關(guān)的誤差。 </p><p>　　天線的機(jī)械中心和相位中心一般不重合，而且電子相位中心是變化的，它取決于接受信號(hào)的頻率、方位角、高度角等。天線相位中心的變化導(dǎo)致的坐標(biāo)點(diǎn)的誤差通常在3～5cm。若要提高RTK的精度需對(duì)天線檢驗(yàn)校正。 <

13、;/p><p>　　多路徑誤差是RTK測(cè)量中最嚴(yán)重的誤差，其取決于天線周圍的環(huán)境，誤差通常在5～10cm，高反射環(huán)境下可超過10cm。消除多路徑誤差可選擇地形開闊、不具有反射面的點(diǎn)位，必要時(shí)也可在基準(zhǔn)站附近鋪設(shè)吸收電波材料的方式予以消除或減弱。信號(hào)干擾和氣象因素也會(huì)導(dǎo)致RTK產(chǎn)生誤差。信號(hào)干擾源有無線電發(fā)射源、雷達(dá)裝置、高壓線等，基準(zhǔn)站選擇設(shè)置在離無線電發(fā)射臺(tái)200m之外，離高壓線50m之外能有效避免其干擾，減小誤差

14、?？焖龠\(yùn)動(dòng)的氣象峰面，可導(dǎo)致1～2cm的觀測(cè)誤差。因此，天氣急劇變化時(shí)不宜進(jìn)行RTK測(cè)量。 </p><p>　　(2) 同距離有關(guān)的誤差。 </p><p>　　軌道誤差通常情況下可不考慮，但對(duì)基線很長(zhǎng)達(dá)到30km的測(cè)量，應(yīng)重視由軌道誤差引起的誤差。電離層的存在會(huì)引起電磁波傳播延緩進(jìn)而產(chǎn)生誤差，其誤差的大小與電磁波的延遲度和電離層的電子密度密切相關(guān)。利用雙頻接收機(jī)將觀測(cè)值進(jìn)行線性組合可消

15、除電離層誤差。實(shí)際上RTK技術(shù)一般都考慮了上述辦法，但在太陽黑子爆發(fā)期，不宜RTK測(cè)量。 </p><p>　　RTK采用差分法降低了載波相位測(cè)量改正后的殘余誤差，使得測(cè)量精度提高。相關(guān)研究和工程實(shí)踐表明RTK測(cè)量能達(dá)到厘米級(jí)精度。RTK測(cè)量平面精度在數(shù)據(jù)信號(hào)接收半徑R≤4000m是能夠保證較高精度，當(dāng)R≥4000m時(shí)測(cè)量誤差明顯增大。另外作業(yè)時(shí)接收到衛(wèi)星數(shù)量越小，RTK測(cè)量誤差越大。因此，相關(guān)研究表明RTK測(cè)量

16、在接收5顆以上衛(wèi)星時(shí)，便能達(dá)到一定的測(cè)量精度。 </p><p>　　2. 2 RT K的特點(diǎn) </p><p>　　(1) 定位精度高：只要滿足2.1條中描述的RTK基本技術(shù)特點(diǎn)，在一定的作業(yè)半徑(當(dāng)R≥4000m)范圍內(nèi)，RTK的平面精度和高程精度能達(dá)到厘米級(jí)。 </p><p>　　(2) 工作效率高：由于RTK在較大范圍內(nèi)能保證很高的精度，這減少了傳統(tǒng)測(cè)量所

17、需要的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的設(shè)站數(shù)量，且移動(dòng)站僅需一人操作便能夠完成，具有作業(yè)速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低的特點(diǎn)，因而提高了工作效率。 </p><p>　　(3) 操作簡(jiǎn)單：現(xiàn)在的測(cè)量?jī)x器一般都有中文菜單，測(cè)量時(shí)，只要在設(shè)站進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè) </p><p>　　置，就可以測(cè)量。輸入、儲(chǔ)存、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，測(cè)量?jī)x器及相關(guān)通訊工具易于使用。 </p><p>　　(4)全

18、天候作業(yè)：和傳統(tǒng)測(cè)量受通視條件、能見度條件、氣候、天氣、季節(jié)等條件因素限制相比，RTK測(cè)量不要求基準(zhǔn)站與移動(dòng)站間的光學(xué)通視，因而在滿足RTK基本工作條件下，測(cè)量工作變得簡(jiǎn)單、便捷，且能保證精度要求。 </p><p>　　(5) RTK測(cè)量自動(dòng)化、集成化程度高，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)：RTK可進(jìn)行多種測(cè)量?jī)?nèi)、外作業(yè)。移動(dòng)站利用專業(yè)軟件控制系統(tǒng)，減少人工干預(yù)可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能。 </p><p>

19、;　　2.3 RTK的局限性 </p><p>　　(1)衛(wèi)星的限制：5顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，因而在有大面積反射物的地方RTK就無法定位，如高層建筑附近，森林茂密是的山地等。 </p><p>　　(2)沒有圖形約束，缺少多余觀測(cè)，需要通過側(cè)前、測(cè)中、側(cè)后的固定點(diǎn)校核提高可靠性。 </p><p><b>　　3 結(jié)論 </b&

20、gt;</p><p>　　GPS-RTK技術(shù)不僅能達(dá)到較高的定位精度，而且大大提高了測(cè)量的工作效率，通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序，很大程度上減少了測(cè)量人員的內(nèi)外勞動(dòng)作業(yè)時(shí)間和作業(yè)強(qiáng)度。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，其在工程測(cè)量的應(yīng)用正變的越來越頻繁，普及和推廣也勢(shì)在必行，RTK技術(shù)在工程測(cè)量領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。 </p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】 </b></p>

21、;<p>　　[1]徐勇.淺議G PS工程測(cè)量技術(shù)的原理[J ] .科技論壇,2 0 1 0 (5 ):1 -1 4 . </p><p>　　[2]陳文彬.基于GPS的工程測(cè)量技術(shù)研究與應(yīng)用[J].安陽工學(xué)院學(xué)報(bào),2010(3):1-8. </p><p>　　[3]徐海東.GPS定位系統(tǒng)在工程測(cè)量中的應(yīng)用探討[J].城市建設(shè)理論研究,2011(23):4-24. <