RTK技術(shù)在加蓬FM控制測(cè)量中的應(yīng)用

【摘要】本文介紹了GPS技術(shù)在加蓬FM項(xiàng)目中的應(yīng)用，同時(shí)顧及到所用投影面的不同，成功解決了復(fù)核導(dǎo)線時(shí)因儀器不同造成的坐標(biāo)不一致問題。

【關(guān)鍵詞】RTK 控制測(cè)量 投影面

一.引言

RTK（Real-time kinematic）：是以載波相位觀測(cè)值為依據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分GPS技術(shù)。這是一種新的常用的GPS測(cè)量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK則能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)的定位精度。利用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，其中一臺(tái)作為基準(zhǔn)站，其他作為移動(dòng)站。在RTK作業(yè)模式下基準(zhǔn)站移動(dòng)站保持同時(shí)跟蹤至少5顆以上衛(wèi)星，基準(zhǔn)站不斷地對(duì)可見衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，并把帶有已知點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)，借助電臺(tái)將其發(fā)送給移動(dòng)站接收機(jī)，移動(dòng)站接收機(jī)將自己采集的GPS觀測(cè)值數(shù)據(jù)和來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，求得三維坐標(biāo)。一般作業(yè)半徑有2-3公里。RTK技術(shù)受外界條件限制小，不需點(diǎn)間通視，無天氣限制，置信度可以達(dá)到99.9%，大大減輕測(cè)量作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，并提高作業(yè)效率，因此，在工程測(cè)量中應(yīng)用極其廣泛。

二.GPS-RTK在加蓬FM項(xiàng)目中應(yīng)用

加蓬FM項(xiàng)目全長(zhǎng)118.9公里，施工控制網(wǎng)為業(yè)主所給定的GTM坐標(biāo)，GPS投影參數(shù)設(shè)置為：中央經(jīng)度12度，北方向偏移500公里，東方向偏移500公里，比例參數(shù)0.9996。這樣投影轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)為橫軸墨卡托投影的平面直角坐標(biāo)，經(jīng)過我們使用靜態(tài)GPS復(fù)核無誤。FM項(xiàng)目前期測(cè)量就是以此為基礎(chǔ)，采用RTK技術(shù)對(duì)全線原地面數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，僅用四十天就將原地面數(shù)據(jù)采集完畢，為設(shè)計(jì)部門盡早出圖創(chuàng)造了條件。

本工程中RTK基站使用功率放大器，作業(yè)半徑可達(dá)10公里。使用RTK進(jìn)行導(dǎo)線加密的流程是選取空曠且GPS天線平面15度傾角以上無大片障礙物阻擋衛(wèi)星信號(hào)的地點(diǎn)安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考基站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，移動(dòng)站選取測(cè)區(qū)兩側(cè)及中間共4個(gè)已知GTM控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正，解算出基站在GTM坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)，建站后進(jìn)行控制點(diǎn)測(cè)量。測(cè)量手簿與移動(dòng)站通過藍(lán)牙連接，根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出移動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。通過實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站與移動(dòng)站觀測(cè)成果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功（即手簿顯示解值為固定解）。

三.GPS-RTK在加蓬FM項(xiàng)目中出現(xiàn)的問題及解決方法

在使用RTK做完導(dǎo)線加密后使用全站儀進(jìn)行校核時(shí)發(fā)現(xiàn)，全站儀實(shí)際測(cè)量出來的長(zhǎng)度與坐標(biāo)反算計(jì)算的長(zhǎng)度不符，導(dǎo)線邊越長(zhǎng)偏差值越大。

我們選取4公里左右的線路對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行附合導(dǎo)線測(cè)量，兩邊各取兩個(gè)GPS點(diǎn)做導(dǎo)線起訖邊。但是平差后的成果全站儀現(xiàn)場(chǎng)均不能使用，放樣中樁坐標(biāo)顯示與設(shè)計(jì)線型偏差很大。

經(jīng)過分析認(rèn)為，橫軸墨卡托投影面與全站儀使用的投影面不是同一個(gè)投影面。GPS投影面為大地水準(zhǔn)面，大地水準(zhǔn)面是測(cè)繪工作中假想的包圍全球的平靜海洋面，與全球多年平均海水面重合，形狀接近一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體，是地面高程的起算面。大地水準(zhǔn)面是由靜止海水面并向大陸延伸所形成的不規(guī)則的封閉曲面。是一個(gè)假想的、與靜止海水面相重合的重力等位面，以及這個(gè)面向大陸底部的延伸面。即物體沿該面運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力不做功（如水在這個(gè)面上是不會(huì)流動(dòng)的）。

用該坐標(biāo)反算的邊長(zhǎng)和角度也是墨卡托投影面上的水平距離和水平角。而相反在全站儀高程面上所進(jìn)行的施工控制網(wǎng)測(cè)量， 其觀測(cè)結(jié)果是在本工程建設(shè)地區(qū)所處平均高程面（即地球表面）上的直線及兩直線所夾的角度。導(dǎo)線的平差主要是將角度誤差值按邊長(zhǎng)平均分配到各個(gè)控制點(diǎn)上，但是兩個(gè)投影面投影不同產(chǎn)生的邊長(zhǎng)差值，并不是誤差，所以不能通過平差消除。由于施工圖紙是基于墨卡托投影面的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了保證施工與設(shè)計(jì)成果相吻合，就要對(duì)全站儀高程面進(jìn)行投影改正。

為了計(jì)算出投影改正的參數(shù)，并保證其精度可靠，選取若干控制點(diǎn)，使用GPS進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，每個(gè)控制點(diǎn)測(cè)量2個(gè)時(shí)段。經(jīng)過后處理解算出成果，這樣坐標(biāo)反算出來的長(zhǎng)度D接近墨卡托投影面真實(shí)值?，F(xiàn)場(chǎng)使用全站儀精測(cè)以上選取的控制點(diǎn)之間的距離D1，多次測(cè)量取平均值。然后D/D1的值就是兩個(gè)投影面的比例參數(shù)。然后在全站儀的儀器設(shè)置里將比例參數(shù)改為該數(shù)值，即可使用。本工程計(jì)算出的比例參數(shù)為0.9997920?，F(xiàn)場(chǎng)全站儀使用GPS測(cè)量成果放樣中樁與RTK放樣比較，偏差在2cm之內(nèi)，完全符合施工需要。

四.結(jié)束語

采用RTK進(jìn)行控制測(cè)量，能夠?qū)崟r(shí)知道定位精度，其測(cè)量結(jié)果的誤差隨機(jī)分布，所以各個(gè)成果間不存在誤差累計(jì)的問題，實(shí)時(shí)測(cè)量的每個(gè)成果均能保持精度的一致性。但是由于RTK測(cè)量是通過地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星傳遞的信息，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站通訊來確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，接收信號(hào)的好壞對(duì)三維坐標(biāo)精度影響較大。而且作業(yè)中要考慮基準(zhǔn)站的位置設(shè)置，減少信號(hào)干擾影響，并采用腳架或者支架以防對(duì)中桿晃動(dòng)大對(duì)結(jié)果造成較大偏差。GPS在本工程中的應(yīng)用大大節(jié)省了測(cè)量時(shí)間，成為工程建設(shè)中不可或缺的重要設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

[1]《全球定位系統(tǒng)（GPs）測(cè)量規(guī)范）GB/T18314—2001[S]

[2]孔祥元，梅是義.控制測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1996.

[3]徐紹銓.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用（第三版）[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.

[4]李征航，黃勁松.GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢大學(xué)出版社.2005

作者簡(jiǎn)介：趙群，男，1980年11月出生，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師。