GPS-RTK测量技术在测量工程中的应用

GPS-RTK 测量技术在测量工程中的应用

摘要：GPS ＲTK 测量技术以其高精度、高效率、高速度、低成本在地籍测绘作业中得到了广大业内人士的认可，为地籍测绘带来极大的便捷性和精准度。规定坐标位置内的三维定位结果完全可以得到 GPS ＲTK 技术的帮助，并将其测量精度在规定的范围内精确到厘米，对外业作业的效率影响非常大。文中着眼于

GPS-RTK 技术的原理及应用优势，分析了其在高速铁路工程测量中的应用性，为高速铁路施工建设提供有效支撑。在道路测量中，ＲＴＫ 测量技术表现出了极大的优势，在省时省力的基础上兼顾着准确性及高效性，会逐渐成为以后道路测量的主流模式。通过对 GPS ＲTK 技术进行简要介绍，详细阐述了其在地形地籍测量中的程序和方法，指出 GPS ＲTK 在复杂特殊地形地籍测量中具有很大的应用前景。

关键词：GPS-RTK；测量技术；测量工程；应用

中图分类号： P228 文献标识码：A

引言

由于全球定位系统技术的不断发展进步，一种高效快速的测量模式，即 ＲＴＫ 测量技术逐渐开始广泛应用起来。在道路测量中，ＲＴＫ 测量技术表现出了极大的优势，在省时省力的基础上兼顾着准确性及高效性，会逐渐成为以后道路测量的主流模式。规定坐标位置内的三维定位结果完全可以得到 GPS ＲTK 技术的帮助，并将其测量精度在规定的范围内精确到厘米，对外业作业的效率影响非常大。通过对 GPS ＲTK 技术进行简要介绍，详细阐述了其在地形地籍测量中的程序和方法，指出 GPS ＲTK 在复杂特殊地形地籍测量中具有很大的应用前景。

1 GPS ＲTK 技术

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1 GPS ＲTK 技术简介 GPS ＲTK 技术就是指 GPS 测量技术和数据传 递技术相结合，GPS ＲTK 是

GPS 接收、数据传输机器以及软件系统的结合体，基准站接收机、移动站接收机以及数据链等是其三大主要部分。在观察测试条件比较好的参考位置设置基准站接收机，将所有可以看到的 GPS 卫星信号进行持续接收，并通过数据链将观测站的坐标位置、观测到的实际数据、卫星追踪情况以及接收机的现实工作情况发送到外界，移动站接收机在跟踪 GPS 卫星信号的同一时间，将从基准站传送出来的数据接收进来，并将载波相位整周出现模糊度的原因进行快速求解，基准点的坐标位置以及精度标准可以通过对所在点进行定位模型来获得。

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2 GPS ＲTK 优点

随着 GPS ＲTK 测量技术和现代社会通讯技术的快速发展，数据链的传送逐渐可以通过网络来进行，它被称为网络 ＲTK，这项技术为数据链长距离传送的问题提供了有效的解决方法，经过对其使用几年之后得到的经验，这个方法在合适的作业条件下，可以对 10 km 之内的精度进行高度收集，工作效率也能随之提高。将流动站的三维坐标进行实时计算是 GPS 测量软件系统的主要功能。GPS

测量附属于 ＲTK 测量技术，也是其优点之一，而 ＲTK 测量技术的另一个优点就是观测时间短，也能对坐标进行实时计算，因此提高了生产效率。如果对实际动态定位采用快速静止测量的方法，它的定位精确度在 15 km 的范围内可以达到 1 cm ～ 2 cm，可以用在城市控制测量过程中。ＲTK 测量系统能够成功开发，在保证 GPS 测量工作可靠运行的同时还提高了工作效率，ＲTK 测量系统为 GPS

测量技术今后的发展提供了快捷通道。GPS ＲTK 具有很高的定位精准度。与常规测量相比，其精准度可达 1 × 10－ 6，同时随着基准线的扩大，定位精度也会逐渐提高。同时 GPS ＲTK 测量具有自动化水平高，仪器操作简便的特点，使用过程中在保证网络信号稳定的情况下可以实现全天候作业。

（1）操作简单、易于使用。所采用的仪器具备中文菜单，操作简单，具有很强的数据输入、输出以及存储能力，且能够与计算机及其他仪器之间进行通信。（２）具有高度的自动化、集成化。能够进行多种内外业测量工作，自动化程度高，移动站不需要人工干预，通过系统软件的控制来进行测绘，消除人工测量的误差，提高测量精度。（３）可全天候进行作业。由于基准站与移动站之间是通过数据传输来进行测量工作，不需要光学通视，不会受到气候与能见度的影响。（4）测量精度高。在任何地区只要符合工作条件都能够快捷的完成高精度的定位测量工作，且精度能够达到厘米级。（５）工作效率高。只需要将基准站设置好，通过移动站就能够快速的完成作业半径区域内的测量工作，不需要频繁的设站，还可减少控制点的数量，降低工作强度，提高工作效率。

2GPS-RTK 技术的应用原理

GPS 技术是由 1994 年美国建成的卫星导航定位系统衍生而来，其发展与应用驱动了工程测量技术的全新变革，促进了测量方法的转变。GPS—RTK 技术融合了 GPS 定位技术及RTK 载波相位差分技术双重优势，可在不同野外条件下实现工程三维坐标的厘米级测量，并通过差分观测值的实时处理，完成高效、精准的三维定位，具体而言，GPS 技术利用定位卫星，对测量目标物进行定位及动态导航，以实时获取其三维位置，但是，其测量需预先获取载波相位观测值。而

RTK 技术作为载波相位差分技术，是 GPS 技术的创新应用，其由基准站接收机、数据链、流动站接收机组成，测量应用中通过基准站实时观测定位卫星的数据值，并基于数据链间接将其传输至流动站，流动站接收机在接收观测数据后，将依据相对定位原理对该数据进行实时处理，通过坐标转换后，即可提供测量目标的厘米级三维定位结果。可见 GPS—RTK 技术实则全球定位及载波相位差分技术的组合，RTK 技术是 GPS 技术的一种新型应用形式，两者实现优势互补，GPS 为

RTK 技术应用提供了动态定位导航的支撑，而 RTK 技术设站 1 次即可实现 4km范围目标的精准测量，简化了测点数量及测试工作量，且可适应各类内外业测量工作，无需人力参与测绘工作，提升了测量的效率，有效弥补了 GPS 技术的不足。

3ＲＴＫ 技术的误差来源

导致 ＲＴＫ 测量产生误差的原因主要来自两个方面：即因信号干扰、气象因素等产生的干扰因素，干扰因素导致的误差可以通过各种校正方法进行削弱；还有因为距离因素产生的误差，距离因素导致的误差会随着基准站与接收站之间距离的增加而变大，导致了 ＲＴＫ 的 有 效 作 业 半 径 受 到 限 制，这

种 误 差可通过多基准站技术来进行削弱。

4ＲＴＫ 技术的局限性

ＲＴＫ 技术的局限性不是其自身导致的，而是源于 ＧＰＳ系统。卫星发射的无线信号的频率很高，但是信号弱，当卫星与移动站之间有障碍物阻拦时，导致无线信号不能穿透，影响移动站的信号接收效果。事实上，卫星与移动站之间存在的任何物体都会对信号接收产生影响，如房屋甚至会完全屏蔽无线信号，导致移动站接 收 不 到，因 此 在 特 殊 的 区 域 内 ＲＴＫ 测 量 是不能够使用的，如室内、隧道以及水下。而有的物体会阻挡部分无线信号或者是对其造成反射或者折射，导致移动站接收到的信号弱，影响精度。如在树木茂盛的地区，无线信号会特别弱，导致定位困难，或者是只能计算出大概位置，无法达到厘米级的精度要求。通 常 情 况 下，只 要 能 够 接 收 到 ５颗 卫 星 的 信号，就可以进行精确可靠的定位测量。受其自身局限性的的限制，在进行 ＲＴＫ 测量时选点要注意以下事项：（１）点位应设置在易于安装设备、视野开阔的地方，如山顶或者高层建筑物的楼顶。（２）点位要远离大功率无线信号发射器２００ｍ 以上，如信号塔等设施，需要注意的是为了防止强电干扰，点位要距离高压电线５０ｍ 以上。（３）点位附近不能有大面积的水域或者强干扰物体。

5GPS-RTK测量技术在测量工程中的应用

5.1GPS-RTK 测量应用的准备工作

高速公路通常布设在野外，地形复杂、崎岖多变，周围的施工条件多变，测量难度大，要实现实时、高效地测量需匹配高素质的测量人员、高精准的 GPS、RTK 仪器设备。首先，要根据高速公路测量的地形条件、测量需求，选取 GPS、RTK、水准仪、全站仪等测量仪器设备，全面检测各设备的脚架、棱镜、水准尺等配件，并设置、校正测量参数，以最大限度地规避测量误差；在进行实地测量之前，需选调合格的专业测量人员，并做好上岗前的培训，让其熟练掌握 GPS-RTK 在高速公路工程测量中的操作流程、要点；同时，为采用 GPS—RTK 技术进行高速公路的精准测量，基准站应布设于测量区域中心、地势高且开阔的位置，尽量避开周围的构筑物、高压输电线路，以免影响 GPS 定位精准度，且所选测点应均匀分布于整个测区，具有典型特征；RTK 实时获取测量目标三维坐标时，需对重复的测控电位复合 2~3 个点，以确保采集数据的准确性。同时，因 GPS-RTK 技术采用 WGS-84 世界大地坐标系，需将其转换为公路测量工程坐标，转换方式存在两类，一类是在已知 GPS 测控点上设置基准站的情况下，可根据现有的 GPS 静态观测数值，在测控点坐标输入该值即可完成坐标转换；另一类是配设基准站的情况下，可基于测控点坐标数据直接进行坐标转换。同时，在进行测量时，需预先在 2 个以上的 GPS 已知控制点上进行点校正，具体而言，在 3~4

个已知控制点上设置GPS 流动站，校正已知点坐标与采集的 WGS-84 坐标，以实现坐标准换。

5.2地形图测量

使用 ＲＴＫ 测量技术进行地形图测图，只需要依据少量的基准点就可完成对地形地貌地标点的测量，当采用专业的测图软件时，还可借助电子手簿进行记录完成数字化测图。使用全站仪进行地形图测量时，由于受到通视条件的影响，测站需要频繁的进行转移，且作业半径小。两者相比，ＲＴＫ 测量技术具备以下优点：（１）ＲＴＫ 测量所需作业人员少，最多两人就可以完成测量工作，而全站仪每台组需要四人。（２）ＲＴＫ 测量作业范围广，可对已基准站为圆心，完成２０ｋｍ 半径的圆形区域范围内的测量工作，而全站仪的观测半径通常只能达到３００ｍ。（３）ＲＴＫ 测 量 所 获 取 的 三 维 数 据 可 以

随 时 获 取，操 作方便。

5.3纵横断测量

使用 ＲＴＫ 测量技 术 进 行 纵 横 断 面 测 量 最 突 出 的 优 势 表现在横断面测量上，在进行横断面数据测量是，能够确保横断面与纵断面方向始终保持垂直，对距离可以进行精确的控制，且可以随时进行横断面加桩操作。所得到的数据满足相关规范要求，可以很方便的进行下载，计算简单。

5.4导线加密控制点的应用 完成控制网复测后，需对加密控制点位进行位置选择、观测，首先，导线加密点的位置选择需结合高速公路现场测量条件，尽量规避与桥梁、涵洞等构筑物毗邻，便于测量施工，选点时，可先利用 RTK 技术对测区构筑物位置进行初步快速放样，将高速公路测量线路上全部构筑物及相关设施有效标识出来，并结合测量需求，以便于放样、施工，设置 16 个加密控制点位。而后，在加密点埋设稳定 3~4d 后，启动导线、水准外业加密工作，利用大概 5d 的时间，使用 GPS

技术进行外业采集、数据观测、内业处理、检核、平差等工作，最终完成导线加密点的观测，其平面、高程点位的观测精度应分别为±15 mm、±20mm 以下。