GPS_RTK技术在城市工程测量中的应用分析

31 科苑观察KE YUAN GUAN CHA 摘要：随着全球定位系统技术的快速发 展，RTK测量技术也日益成熟，因其精度高、 实时性和高效性，使得其在测绘领域中的应 用越来越广。本文分析了在城区开展RTK测量 的意义，探讨了RTK的工作原理及技术特点， 最后对RTK工程测量中的要求进行了探讨。 关键词：RTK；GPS；工程测量 一、在城区开展RTK测量的意义 在物探测量中，用GPS-RTK测量地震勘 探物理点最主要的特点是不存在测量导线的 闭合问题。使用常规的测量方法测量地震勘 探物理点，必须将其布设成附和导线，这样 就必须从已知控制点出发(即所谓的出点)， 最后还要连测到已知控制点上去(即所谓的连 点)，如此一来，必须一条导线测量完毕， 并经平差计算合格以后，才能提供准确可靠 的测点成果。而采用GPS测量，其每个测点 都直接与架设参考站的控制点相联系，互相 之间不存在误差的传递与累积关系，因此， 在仪器日常检验与测线复测合格以后，即可 提供准确可靠的测点成果，这样就可以分段 提供成果，给物探测量工作带来了极大的灵 活性。测量工作是工程建设施工的基础，测 绘成果质量的好坏直接影响后期各项工作的 实施效果及施工质量。在工程测量中，测量 时间受到工程进度的制约，如果测量出现偏 差，势必影响后续工作的质量，而且这些工 作都是难以补救的。因此，研究全站仪辅助 GPS-RTK进行城区测量施工方法是极其必要 的。 二、RTK的工作原理与技术特点 RTK测量是GPS动态相对定位测量的一 种，是用一台接收机安设在参考点上固定不 动，另一台接收机设在运动的载体上，两台 接收机同步观测相同的卫星，以确定运动点 相对参考点的位置。从GPS测量的基本原来 讲，要确定某一点的精确位置，首先要精确 解算出卫星信号传播的整周未知数，RTK测量 也不例外，由于是实时定位，需要实时解算 整周未知数，解算难度自然加大。与其它动 态相对定位方法不同的是，在RTK测量技术 中，采用了载波相位观测值，参考站通过数 据传输电台将其载波相位观测量及测站坐标 信息一同传送到流动站，流动站接收GPS卫星 的载波相位数据与来自参考站的载波相位数 据，并组成相位差分观测值进行实时处理， 实时地解算出每颗卫星信号的整周未知数。 在RTK测量中，使用最为广泛的是快速逼近技 术和求差技术。这些解算技术可大大提高测 量成果精度，目前采用这些技术可以取得厘 米级定位成果。 （一）工作原理 实时相位差分(RTK)测量系统至少包括一 个参考站和一个流动站。参考站的作用是为 流动站的测量提供差分改正数据，将流动站 的测量成果归算到原测量控制网中，以便与 国家统一的坐标系统保持一致。流动站的作 用是测定待定点的地理坐标，或根据设计点 的地理坐标，将其放样到实地，并记录放样 坐标及偏差，如图（1）所示。 其工作原理是:参考站接收到来自卫星的 GPS信号，并与其自身(天线)所在的已知位置 进行匹配，计算每颗卫星的差分改正值，并 调制成无线电信号，然后通过无线电台实时 地向外发送;流动站工作时，同时接收来白卫 星的GPS信号和来自参考站的差分改正信号， 将各类信号解调以后，通过差分改正值对相 应卫星的码数据或载波相位数据进行改正， 然后计算出定位数据，再通过坐标系统转换 参数将其转换到所使用的测量基准。 GPS—RTK技术在城市工程测量中的应用分析 文◎ 叶剑炜（湖北省荆州市城建培训中心） 图（1）RTK系统的工作原理图形 一套完整的GPS实时差分测量系统包括一 台参考站和数台流动站，参考站和流动站必 须严密配合，任何一方出现问题，都会导致 系统联接失败，停止工作。 1、参考站 参考站的作用是为测量系统提供基准， 并将计算结果归算到已知的测量控制网点 上，因此必须将其架设在已知的控制点上， 并且该控制点必须同时具有WGS -84坐标和测 量所采用的基准内的坐标(目前我们通常使 用1954年北京坐标系，则该点除具有WGS-84 坐标系内坐标外，还要具有1954年北京坐标 系内的坐标)。一台完整的参考站包括GPS主 机、GPS天线、差分数据发射电台及天线、电 池或电源、基座、三脚架、天线高测量尺、 各部连线等。参考站架设内容包括GPS天线架 设、数据电台天线架设，GPS接收机与GPS天 线、数据电台、电池、控制器的连接，数据 电台与天线的连接等。 2、流动站 流动站是直接用于测量物理点坐标和 进行物理点放样的工具，它所作的工作是: 同时接收来自卫星的GPS信号和来自参考站 的差分信号，将两种信号解调以后，利用差 分数据对GPS卫星数据进行校正，计算测量 点的WGS-84坐标，利用坐标系统转换参数将 WGS-84坐标转换为目前使用的测量基准内的 三维坐标(平面坐标x, y和大地高H)，实时显 示计算结果。 一台流动站包括GPS主机、GPS天线、差 分数据接收电台及天线、电池、对中杆、GPS 天线测高尺、各部连线等。有些GPS接收机与 差分数据接收电台是集成在一起的。为了施 工作业方便，流动站主机、电池一般放在背 包内，通过连线与GPS天线、数据电台大线和 手持控制器连接。 （二）主要技术特点 （1）RTK的误差 RTK测量的误差同GPS静态定位的误差类 似，一般可分为两类，即同测站有关的误差 和同距离有关的误差。 同测站有关的误差包括大线相位中心 变化、多径误差、信号干扰和气象因素影响 等。其中多径误差是RTK定位测量中最严重的 误差。多径误差主要取决于GPS接收机大线 周围的环境，若大线周围有高大建筑物或大 而积水而时，将对电磁波有强反射作用。即 大线接收的信号小但有直接从卫星发射的信 号，还有从反射体反射的电磁波，这两种信 号叠加作为观测量，将对定位产生误差。通 常情况下，多径误差为1—5cm,高反射环境下 可达lOcm以上。 同距离有关的误差包括轨道误差、电 离层误差和对流层误差。目前轨道误差只有 几米。对于同测站有关的误差可通过各种校 正方法和有效措施子以削弱，而同距离有关 的误差将随移动站至基准站的距离增大而加 大。因此，在进行RTK测量时，除采取有效措 施削弱测量误差外，还要对作业半径加以限 制。 （2）坐标系统 RTK与GPS静态测量一样，GPS接收机接收 的卫星信号经数据处理后，首先得到的是地 心坐标系(WGS84)坐标，而在测绘土程中应用 的通常是地方坐标系的平而直角坐标，其高 程一般为正常高。因此，为了把MGS84坐标系 坐标转换为地方坐标系坐标，作业前首先要 根据坐标转换关系式求解两种坐标系间的转 换参数。 （3）数据链 RTK测量时，移动站需要实时地接收基准 站播发的差分信号(观测值及相关数据)，才 能求定待定点的位置。因此，能台连续地、 可靠地接收基准站播放的信号，是RTK能台成 功的决定因素，也是制约RTK测程的关键因 素。 三、RTK测量的关键技术 （一）坐标转换参数的求解 坐标转换参数的求解方法，一般是在RTK 作业前首先在测区做一定数量的静态GPS控制 点，与地方坐标系的控制点联测，以同时获 取GPS点的MGS84坐标系统坐标和地方坐标系 统坐标，然后利用后处理软件或GPS控制器内 置的实时处理软件求解坐标转换参数。如果 测区内的已知控制点已经有地方坐标系坐标 和MGS84坐标系坐标，则可直接利用随机软件 求解坐标转换参数。 （二）基准站的设置 从卫星发出的信号到接收机接收，中间 要经过电离层、对流层以及来自多方而的干 扰，其信号一般十分微弱。同时，为了减少 多路径效应的影响，基准站周围应无明显的 大面积的信号反射物，另外，要求基准站电 台天线和移动站天线之间无大的遮挡物(如高 层建筑物、高山等)，且天线应尽量设置高一 些，以提高数传电台的传输距离。 （三）作业半径的限制 移动站离开基准站的最大距离称作RTK的 作业半径，它的大小取决于基准站电台信号 的传输距离，且对RTK测量的速度和精度有着 直接影响。实验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，当两山顶能够通视， 移动站距基准站47km时，也可收到差分信 号。但是，在城镇作业时，如果两点之间有 一较高的房屋遮挡，即使相距1km也很难进行 RTK测量。 参考文献 [1]张予东，公路测量中GPS RTK的应 用，测绘通报，2002 [2]石桥，GPS RTK技术在公路勘测中的 应用，交通科技，2004