浅谈GPS RTK在工程测量中的应用

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  在测绘领域,随着全站仪的推广普及,传统的经纬仪、测距仪逐渐被取代。今年来,随着GPS测量技术的发展,工程测量的作业方法更是发生了历史性的变革。GPS测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理,从而求定测量点的空间位置,它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性,现已成功用于工程测量,航空摄影测量,工程变形测量、资源调查等诸多领域。
   GPS RTK (Real Time Kinematic,实时动态)技术是在GPS基础上发展起来的,能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式,是GPS应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地形测图、各种控制测量带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。GPS RTK技术主要用于地形测量的碎部点采集、施工放样等,而用来代替一、二级加密控制测量、图根控制测量、地籍测量的界址点测量尚处于试验研究阶段。
   (二)GPS RTK技术的原理
   RTK测量系统一般由以下三部分组成:GPS 接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成,它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。
   RTK技术采用差分GPS三类(位置差分、伪距差分和相位差分)中的相位差分,其工作原理是将一台接收机置于基准站上,另一台或几台接收机置于流动站上,基准站和流动站同时接收同一时间相同GPS卫星发射的信号,基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较,得到GPS差分改正值。然后将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传递给流动站以精化其GPS观测值,得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态。
   RTK分修正法和差分法。修正法是基准站将载波相位修正量发送给流动站,以改正其载波相位,然后求解坐标。差分法是将基准站采集的载波相位发送给流动站进行求差解算坐标。前者为准RTK技术,后者为真正的RTK技术。
   二、GPS RTK技术的特点
   相对于GPS测量技术,GPS RTK技术具有以下特点:
   1、GPS RTK技术因高效率、灵活、误差不积累、厘米级的高精度越来越受到测绘人员的青睐。RTK高程精度低于平面精度,而地籍测量对高程的精度要求较低。因此,RTK技术应用来进行地籍一、二级控制和界址点测量是目前较为理想的方法,在勘测定界中优势尤为突出。也就是说,RTK测量方法可以替代常规的一、二级导线测量及图根控制、界址点测量。
   2、与静态、快速静态GPS测量相比较,RTK无足够的几何检核条件,笔者认为不宜用来作首级控制。在使用RTK布设加密控制点时要加强检核,若代替一、二级点时可以采取在不同的基准站上分别独立施测或设立双基站的方式施测,取中数使用,这样不但避免了粗差,而且使点位精度得到提高。
   3、RTK定位的数据处理主要是基准站和流动站间的单基线处理,而基准站和流动站的观测数据质量及无线电信号的传播质量对定位精度的影响极大。因此,把基准站设立在要进行RTK测量区域的较高点上,提高基准站和流动站天线的架设高度。
   4、RTK测点必须在求取WGS-84坐标到地方坐标系转换参数的高级控制点的范围内,同时尽量均匀分布,最高、最低点也尽可能选点。
   三、GPS RTK技术在城市测量中的应用实例分析
   下面以某城区地籍测量工程中GPS RTK测量技术的应用为例,阐述该技术的应用情况。
   该城区为工业区和居民生活区,城市建构筑物密集,交通繁忙,无线电信号复杂,街道两旁树木密集。本次需测量的宗地地块遍布整个城区,总测量面积约2km2,分布区域近3km2,权属关系复杂,用地种类较多,宗地数目多,权属界址点数量大,采用常规测量手段施测十分困难,很难在短时间内完成所有宗地的权属界址点测量工作,以满足宗地权属单位对地籍测量工作的要求。采用RTK测量技术作为本测区宗地权属界址点坐标的实测技术手段,在充分调研论证并通过试验检测认证的基础上全面实施,取得了比较好的效果。其作业过程如下:
   1、选取精度高、可靠性好的城市基本控制网点作为RTK 测量的工作基准在试用试验阶段,针对所选用的GPS 仪器,得出了该城区流动站在作用距离为4 km 范围内,能高质量、清晰地接收基准站发出的数据。以此为参考数据,选定了分布于该城区的城市D 级GPS 三维控制网点7 点,组成本次地籍测量工作的基准框架网,并利用7 个控制点的WGS- 84 坐标系和1954 年北京坐标系成果计算出用于GPS RTK 测量的7 个坐标转换参数。
   2、RTK 定位精度试验选取1 个RTK 测量基准网点,架设RTK 基准站,流动站在离基准站4km 范围内,有目的地施测了原本市城市5级控制点、E 级GPS 控制点和宗地权属界址点共计19 个点,并采用全站仪测量技术测量宗地权属界址点坐标。
   3、采用RTK 测量技术施测界址点坐标在检测试验取得成功的基础上,以RTK 基准框架网点为基础,架设RTK基准站,使用1+1 工作模式,用一套RTK 接收机作为流动站进行测量。由于所用RTK系统的发射电台只有4W,十分省电,中途不需更换电池,就可使用1天,十分方便; 流动站在第1 次测量时,在一已知点上作RTK 测量,其测量结果与已知点进行比较,从而检查RTK 系统是否工作正常及基准站坐标输入是否正确。
   4、将GPS 获得的数据处理后直接录入计算机,可及时地精确地获得界址点图形信息,准确地制作宗地图、地籍图,计算宗地面积等。
   四、結束语
   GPS RTK地形测量中各个环节都可能带来平面及高程的测量误差,平面及高程模型的处理不当也可能会带来误差。目前,外业只是处理了点、号之间的连接关系及线型的属性信息,还需要进一步的内业处理。今后通过GPS RTK在地形测量工作中,软件的不断升级,以及后续的不断开发研究,GPS RTK一定得到更加广泛的应用。
  
   参 考 文 献
   [1]王金玲等,《测量学基础》,中国电力出版社, 2006年。
   [2]李朝奎、李爱国,《工程测量学》,中南海大学出版社,2009年。
   [3]李青岳、陈永奇,《工程测量学》,测绘出版社,2008年。
   [4]王云江等编,《建筑工程测量(建筑施工专业适用)》,中国建筑工业出版社,2002年。
   [5]谢炳科,《建筑工程测量(第二版)》,中国电力出版社,2007年。
   [6]覃辉,《建筑工程测量》,中国建筑工业出版社,2007年。
   [7]王旭,《建筑工程测量与勘察》,华中科技大学出版社, 2008年。
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