GPS-RTK在屏新S307公路地形測量中的應(yīng)用

□王文禮（中國水利水電第四工程局有限公司向家壩項目部測量隊）

□賈 賓 □劉中慶（河南省鶴壁市工農(nóng)渠管理處）

1.RTK技術(shù)簡介

高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不足1s。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動狀態(tài)；可在固定點上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個歷元的實時處理，只要能保持4顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。

2.屏新S307公路地形概述

四川省道307線四川屏山縣至四川省新市鎮(zhèn)段復(fù)建公路工程，起點位于四川省道307底壩大橋,與規(guī)劃的G213復(fù)建工程相接，路線全長44.19km。主要地形特點，該地以高山為主，次為丘陵。山高坡陡，山體連綿相對高差700～1500m，多為“V”型谷，平均比降15.5‰，植被茂密，很不利于開展地形測量工作。

3.使用RTK在地形測量中的原因

3.1 控制點距離遠(yuǎn)高差大不利于全站儀架設(shè)

該項目控制點多布設(shè)在原有公路上即EL380淹沒線以下，公路兩側(cè)樹木及房屋阻隔視線嚴(yán)重且高差一般在50～70m左右。

3.2 地形復(fù)雜不便于轉(zhuǎn)點

該地地形復(fù)雜，溝壑眾多，即使在公路主線范圍內(nèi)布設(shè)控制點測量范圍也有限，最多可以觀測到200m以內(nèi)地形。

3.3 河面寬闊不便于對岸架設(shè)儀器

該項目全線河面寬度在400m左右，河面航運(yùn)船只不斷。即使不考慮人員安全問題對岸架設(shè)儀器也會因植被茂密進(jìn)展緩慢效率低下。

綜上所述常規(guī)測量方案在該項目難以執(zhí)行，只能改用GPS－RTK技術(shù)進(jìn)行地形測量。RTK技術(shù)根據(jù)GPS的相對定位理論，將一臺GPS接收機(jī)設(shè)在一個已知點做為基準(zhǔn)站，并通過數(shù)據(jù)鏈實時發(fā)射差分信號，一臺GPS進(jìn)行同步接收衛(wèi)星信號及基準(zhǔn)站發(fā)射的差分信號作為流動站。理論上不管通過何種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈傳輸，最小半徑也在5km。所以不用考慮視線問題極大地方便了地形測量。

4.RTK在地形測量中的應(yīng)用

4.1 測量準(zhǔn)備

測量使用設(shè)備為leica1200系列單星（只接收美國GPS衛(wèi)星信號）及配套天線2m高對中桿。前期使用PDL專用低頻電臺作為基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)鏈傳輸設(shè)備。后期因為現(xiàn)場情況采用手機(jī)模塊通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4.2 RTK技術(shù)在地形測量中的主要優(yōu)點

4.2.1 效率高縮短作業(yè)時間

與全站儀測量地形相比，節(jié)約時間。全站儀進(jìn)行地形測量需要有測量控制點，因為考慮視線問題要經(jīng)常性轉(zhuǎn)點搬站，而在屏新線地形測量這是個大問題，需要經(jīng)常性的轉(zhuǎn)點搬站，平均每天只能測量600m左右地形。利用RTK技術(shù)，它的理論工作半徑是5km，只要進(jìn)行一次架設(shè)基準(zhǔn)站大約20min，就可整天進(jìn)行地形測量，平均一天可以測量將近2km。

4.2.2 可操作性強(qiáng)、使用方便靈活

Leica系列GPS,接收機(jī)手部本身就以操作性強(qiáng)著稱，而實際應(yīng)用中可以通過放樣程序引導(dǎo)測量人員進(jìn)入公路地形范圍內(nèi)。通過測點圖形功能對現(xiàn)場碎步點密度和范圍進(jìn)行判斷進(jìn)行補(bǔ)點，與全站儀地形測量相比無需現(xiàn)場計算測量位置范圍，更無需進(jìn)行二次或多次補(bǔ)點。

4.2.3 精確度高

RTK在基準(zhǔn)站架設(shè)后，需要效驗其點位差。然后在再發(fā)射差分信號，其精度經(jīng)過實際測算，流動站測量點位差與測量控制導(dǎo)線點平面位置差為±3mm，高程偏差在±12mm。而且這個偏差不存在全站儀因多次架站的儀器累計偏差，還有人為觀測時的視差。在較長距離內(nèi)誤差沒有明顯變化所以不存在累計誤差。即使在地形變化大的地方最多停留1min時間基本可以精確定位。

4.2.4 全天候作業(yè)無視線

RTK由于它與常規(guī)全站儀的定位方法不同，所以不需要考慮視線問題。理論上只要可以接收到無線電臺數(shù)據(jù)鏈的差分信號和GPS衛(wèi)星信號就可以正常工作。由于屏新線屬于四川地區(qū)在秋季多雨而且多是小雨，用全站儀工作時間一長儀器需要遮蓋而前視棱鏡需要常常擦拭否則無法工作。而GPS就不存在這種問題，只要人行走沒問題就可以工作。另外在清晨四川山區(qū)一般多霧，這個時候全站儀是無法工作的。而RTK技術(shù)因為不存在視線問題所以正常工作是沒問題的。

4.3 RTK技術(shù)地形測量中的主要缺點

4.3.1 無線信號的干擾

GPS-RTK技術(shù)主要靠移動站和固定站同步對衛(wèi)星信號接收觀測，然后再通過固定站的無線設(shè)備傳輸差分信號進(jìn)行精確定位。所以如果這兩種信號任何一種受到干擾都無法工作。在屏新線地形測量中，在某些村莊有衛(wèi)星電視接收器或者大功率信號塔附近都無法工作，主要表現(xiàn)在于流動站與固定站數(shù)據(jù)鏈斷開無法工作。流動站衛(wèi)星信號受到干擾后3DCQ值（RTK流動站工作時對三維坐標(biāo)的精確度評估值）偏高。

4.3.2 植被茂密無法接受衛(wèi)星信號

屏新S307沿線內(nèi)植被茂密，主要是由經(jīng)濟(jì)作物果樹、小竹林、點灌木叢組成。當(dāng)RTK流動站進(jìn)入果樹林內(nèi)在高于2m的果樹旁由于衛(wèi)星天線受到遮擋會迅速丟失衛(wèi)星信號，無法正常工作。在密度較大的小竹林內(nèi)，衛(wèi)星信號同樣丟失無法正常工作。

4.3.3 陡壁附近無法工作

屏新S307沿線內(nèi)有些角度接近90°的斷崖陡壁，當(dāng)流動站距離陡壁2m范圍時坐標(biāo)精度開始下降，尤其是高程誤差超過1m。主要原因在于陡壁高差太大、表面相對光滑，對流動站接受的衛(wèi)星信號產(chǎn)生了多路徑折射照成的。

5.結(jié)語

經(jīng)過40d的艱苦測量，目前屏新S307線地形測量業(yè)已全部完成。GPS-RTK在地形測量中發(fā)揮了重要作用，既保證了精度也提高了速度。雖然GPS-RTK技術(shù)仍然存在一些問題，但是隨著技術(shù)的不斷革新，這些問題都將解決，在以后測量工作中會被更廣泛的普及和應(yīng)用。