GPS-RTK在工程測量中的應(yīng)用及常見問題解決方法

王騰　楊宏偉　范玖琳　陳夢杰

（中南冶金地質(zhì)研究所，湖北　宜昌　443003）

GPS-RTK在工程測量中的應(yīng)用及常見問題解決方法

王騰楊宏偉范玖琳陳夢杰

（中南冶金地質(zhì)研究所，湖北宜昌443003）

RTK（Real-time kinematic）實時動態(tài)差分法是一種新型的GPS測量方法，相對于常規(guī)的動態(tài)、靜態(tài)、快速靜態(tài)等測量方法，實時動態(tài)技術(shù)（RTK技術(shù)）定位速度更為快速準(zhǔn)確，克服了傳統(tǒng)測量方法中只有事后進行解算才能獲取高精度數(shù)據(jù)，對觀測所得數(shù)據(jù)無法及時進行檢核等技術(shù)難題。RTK技術(shù)采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，其應(yīng)用為地形測圖、工程放樣等各種控制測量帶來了新的技術(shù)革新，極大地提高了作業(yè)效率，是GPS應(yīng)用的重大里程碑?；诖耍撌鯣PS-RTK在工程測量中的應(yīng)用、存在問題及相關(guān)處理措施。

RTK；工程測量；常見問題；解決方法

工程測量是工程施工中一項非常重要的基礎(chǔ)性工作，直接關(guān)系到整個工程施工的最終成效，隨著測繪技術(shù)的不斷發(fā)展，工程測量技術(shù)也日益趨于數(shù)字化、實時化、自動化與多功能化。其中，RTK（Real-time kinematic）實時動態(tài)定位技術(shù)作為GPS測繪的新型測量技術(shù)，實現(xiàn)了實時測繪管理的功能，在工程測量中得到了廣泛應(yīng)用。鑒于此，筆者對RTK技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用情況及其優(yōu)缺點做簡單的介紹。

1　GPS-RTK技術(shù)概述

1.1GPS-RTK技術(shù)簡介

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，該技術(shù)的使用是測繪領(lǐng)域的一項重大技術(shù)突破，而RTK實時動態(tài)定位是GPS技術(shù)在工程測量領(lǐng)域的一次重大突破，RTK定位分為動態(tài)定位和靜態(tài)定位兩種方式［1］，這兩種方式的結(jié)合，使得實時動態(tài)技術(shù)（RTK技術(shù)）定位相對于GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量等常規(guī)測量方法，速度更為快速準(zhǔn)確，并且克服了傳統(tǒng)測量方法中只有事后進行解算才能獲取高精度數(shù)據(jù)，對觀測數(shù)據(jù)無法進行檢核等技術(shù)難題。

1.2RTK技術(shù)工作原理

在實際操作中，流動站、基準(zhǔn)站和通信系統(tǒng)三部分組成了RTK實時動態(tài)定位系統(tǒng)［2］。GPS-RTK技術(shù)是利用載波相位原理，對無線數(shù)據(jù)實施動態(tài)測量，其工作原理是利用基準(zhǔn)站的GPS來接收監(jiān)測所有可見的GPS衛(wèi)星，同時利用無線電設(shè)備將觀測到的數(shù)據(jù)輸送給用戶站。具體來說，基準(zhǔn)站的GPS接收到衛(wèi)星信號之后，會傳送給流動站，流動站會同時完成基準(zhǔn)站及其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收，同時對自己收到的和基準(zhǔn)站傳送的載波觀測信號進行差分處理。根據(jù)相對定位的原理，當(dāng)輸入對應(yīng)點的投影參數(shù)、坐標(biāo)和轉(zhuǎn)換參數(shù)后，接收機數(shù)據(jù)處理裝置便可以實時地給出未知點的坐標(biāo)［3］。因此，GPS-RTK技術(shù)能夠在外界環(huán)境比較惡劣的情況下，仍然能夠獲得達厘米級的水平精度點位。

2　RTK在工程測量工作中的應(yīng)用

目前，在工程測量中，為了保證、地形測量、施工放樣和控制測量的精度，滿足工程質(zhì)量要求，RTK測量技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于工程施工測量中。RTK測量具有全球性、全天侯、連續(xù)性作業(yè)；定位精度高，沒有誤差累計；實時性導(dǎo)航定位和定時功能；作業(yè)自動化、集成化程度高及工作效率高等優(yōu)點［4］，能提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間，而且具有較好的保密性和抗干擾性。當(dāng)前RTK技術(shù)已成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、物探測量、地籍測量、航空攝影測量及各種類型的變形監(jiān)測等諸多領(lǐng)域?，F(xiàn)筆者主要對RTK在工程測量中的應(yīng)用做簡要論述。

2.1RTK應(yīng)用于地形測量

隨著測量技術(shù)的發(fā)展，對測量效率和精度的要求越來越高，傳統(tǒng)的地形測量技術(shù)已滿足不了實際需求?，F(xiàn)如今，大比例地形圖主要使用全站儀和RTK進行測繪。由于全站儀在使用過程中，受儀器的架放、點間通視情況、點間距離等因素的影響，其測量精度容易出現(xiàn)較大的偏差。而RTK使用方便，相對影響因素較小，因此其使用更為普遍。在當(dāng)前的地形測量中，一般是利用靜態(tài)控制點的方法進行測量，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用RTK技術(shù)來完成碎部測量。

RTK在地形測量之前，首先要根據(jù)要求對參數(shù)進行設(shè)置，可以根據(jù)工作強度進行分組分工作業(yè)，若多臺儀器作業(yè)設(shè)置完成后要進行校點，以確保數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。在使用數(shù)據(jù)采集進行測量時，要注意數(shù)據(jù)的完整性及其連續(xù)性。在實際操作中，可以根據(jù)地形的實際情況進行測量的設(shè)定，對于特殊地物點的測量，可以人為地按距離進行設(shè)定采集；在需要進行均勻的運動測量時，可以人為地設(shè)定時間間隔，按時間來進行采集。采集所得的地形點坐標(biāo)經(jīng)過成圖處理后，便可生成數(shù)字化的地形圖。在此過程中，地形點的采集可以單人進行作業(yè)，極大地縮減了所耗費的人力和時間。同時，能夠避免傳統(tǒng)地形測量中的通視問題，特別是在地形起伏較大的區(qū)域，RTK技術(shù)的使用能夠顯著提高工作效率。在長陽錳礦研究項目中，利用RTK技術(shù)對胡家灣-樟木巖區(qū)塊共29.32km2進行了地形測量，8臺RTK同時作業(yè)，在不到30d的時間內(nèi)完成工作量，相對于傳統(tǒng)的測量方法，大大提高了工作效率。

2.2RTK應(yīng)用于工程放樣

工程放樣所采用的常規(guī)方法有很多，比如常見的全站儀邊角放樣、經(jīng)緯儀交會放樣等，一般的方法往往需要兩三人操作來放樣出一個設(shè)計點位，需來回移動目標(biāo)，且要求通視條件良好，在實際放樣工作中，往往會借助其他的方法來彌補傳統(tǒng)方法中對放樣工作的局限，RTK技術(shù)就是常用的方法之一。利用RTK放樣時，只需一人操作，利用GPS接收機，對輸入的設(shè)計點的坐標(biāo)進行查找，確定放樣點的位置［5］。相對于常規(guī)的放樣方法，利用RTK放樣更為簡單，誤差更小，效率更高。

利用RTK進行工程放樣之前，應(yīng)先將坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)換參數(shù)及控制點或者線放樣樁號準(zhǔn)確輸入RTK手簿中。在RTK中讀取坐標(biāo)參數(shù)進行放樣時，根據(jù)當(dāng)前測量點距放樣點或線的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)差及方位，通過手簿數(shù)據(jù)中橫縱坐標(biāo)距離及方位判斷進行放樣。當(dāng)確定放樣點或線時，要等待信號接收數(shù)據(jù)固定到精度水平達到要求時完成放樣。相對于常規(guī)的導(dǎo)線測量，操作起來比較直觀、方便，工作效率得到顯著提高。

2.3RTK應(yīng)用于控制測量

在任一測區(qū)范圍內(nèi)，都有不同級別的控制網(wǎng)來滿足細部測繪的需要，一般首級控制網(wǎng)的控制精度高、面積大、點間的跨度大，易保存；而圖根控制點則要求密集、位于地面，易遭破壞［6］。如何快速地獲取準(zhǔn)確的各級控制點，是提高測量工作效率的主要難題。

傳統(tǒng)的控制測量方法，如導(dǎo)線測量、三角測量等，都要求點間的通視條件較好，并且費工費時，在外業(yè)工作中無法獲取測量成果的精度，所得的精度也表現(xiàn)出不均勻的問題。GPS快速靜態(tài)和靜態(tài)相對定位測量雖然在測量過程中對點間通視要求不高，并且能夠獲得高精度的測量結(jié)果，但是這種控制測量只能在事后處理數(shù)據(jù)，不能及時地進行實時定位和確定定位精度，若在數(shù)據(jù)處理后發(fā)現(xiàn)其精度不符合要求，則只能返工測量。而利用RTK技術(shù)進行控制測量時，能夠?qū)崟r地了解定位結(jié)果和定位精度，避免了GPS快速靜態(tài)和靜態(tài)測量中不能實時監(jiān)測的難題，大大提高了測量的作業(yè)效率。并且，RTK技術(shù)進行實時定位的精度可以高達到厘米級，因此，相對于傳統(tǒng)控制測量，RTK技術(shù)無論是在精度上還是在效率上都具有明顯的優(yōu)勢。

3　RTK測量中常見問題與解決方法

①RTK使用的基礎(chǔ)是GPS衛(wèi)星定位，因此對衛(wèi)星信號的接收程度決定了測量結(jié)果的好壞。但是，在高山峽谷或高樓密集區(qū)等衛(wèi)星信號接收受到限制的區(qū)域，由于衛(wèi)星信號被遮擋的時間較長，便使得作業(yè)時間受限。為了避免該問題，應(yīng)盡量在場地開闊、地勢較高的區(qū)域選擇測量控制點。

②RTK測量比全站儀測量更加獨立，在分組作業(yè)時，一旦參數(shù)、設(shè)置上出現(xiàn)不統(tǒng)一，就會造成返工的麻煩。因此，每次作業(yè)之前，都應(yīng)認真校對參數(shù)數(shù)據(jù)，保證測量結(jié)果的統(tǒng)一性。

③除衛(wèi)星信號接收效果，RTK測量還會受到天氣、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況等因素的影響。所以，在工作中要多布設(shè)一些“多余”控制點，作為RTK測量成果的檢核點。

④在儀器的搬運和使用過程中，為了確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤及儀器的長期使用，應(yīng)對RTK系統(tǒng)的各個部件做好保護工作。

4　結(jié)語

RTK實時動態(tài)差分法的應(yīng)用是在GPS全球定位技術(shù)之后，測量領(lǐng)域的又一次重要技術(shù)突破。其彌補了傳統(tǒng)測量技術(shù)中的許多不足，大大節(jié)省人力、財力、時間成本，使測量工作變得更為簡單化、自動化，并且在數(shù)字化繪圖的建設(shè)和管理中起到了積極的推動作用。

當(dāng)然，在RTK技術(shù)的應(yīng)用中還存在很多不足之處，比如如何在使用過程中對電臺信號的接收情況進行實時監(jiān)測，防止在信號傳輸過程中受到外界信號源的干擾；如何使得GPS衛(wèi)星信號達到連續(xù)跟蹤的效果，同時保證跟蹤衛(wèi)星的數(shù)目；如何確保采用RTK測量時的精確性和可靠性等，這都需要在今后的實踐中不斷進行技術(shù)攻關(guān)?？傊?，隨著GPS-RTK技術(shù)的不斷發(fā)展和革新，其相關(guān)設(shè)備的不斷完善，無論是在工程測量領(lǐng)域還是其他作業(yè)領(lǐng)域，GPS-RTK技術(shù)都將有廣闊的發(fā)展空間。

［1］余小龍，胡學(xué)奎.GPS RTK技術(shù)的優(yōu)缺點及發(fā)展前景［J］.測繪通報，2007（10）：39-41.

［2］賀云.GPS-RTK技術(shù)在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用研究［J］.硅谷，2014（24）：84-85.

［3］秦立奕.GPS-RTK測繪技術(shù)在地質(zhì)勘查測繪中的應(yīng)用分析［J］.華東科技（學(xué)術(shù)版），2014（4）：1.

［4］郭莉莉.GPS RTK技術(shù)的優(yōu)缺點及發(fā)展前景［J］.黑龍江國土資源，2012（1）：57.

［5］鄧文質(zhì).RTK的點放樣和曲線放樣研究［J］.河南科技，2015（22）：112.

［6］邰占宇，徐德仲.談GPS-RTK在測量中的應(yīng)用［A］.//吉林省測繪學(xué)會2008年學(xué)術(shù)年會論文集（下），2008.

Application of GPS-RTK in Engineering Measurement and Solutions of Common Problems

Wang TengYang HongweiFan JiulinChen Mengjie
（Central South Institute of Geology Metallurgy，Yichang Hubei 443003）

RTK（Real-time kinematic）is a new method for GPS measurement.Compared with the static，fast static and dynamic measurement methods，the real-time kinematic technology（RTK）is more rapid and accurate.It overcomes some problems in traditional measurement methods，such as we can only get the high accuracy data after the calculation，the observation data can not be detected nuclear and other technical problems.RTK technique employs the carrier phase，is a major milestone in the application of GPS.It brings new dawn for the engineering sample release，topographic mapping and various of control measurements.The working efficiency of the field work has been greatly improved.Based on this，the application of RTK in engineering measurement，the existing problems and related treatment measures were discussed.

RTK；engineering measurement；common problems；solutions

P228.4

A

1003-5168（2016）06-0036-03

2016-05-12

湖北省地質(zhì)勘查基金項目“湖北省長陽縣胡家灣-樟木巖礦區(qū)錳鉛鋅礦普查”。

王騰（1987-），男，本科，助理工程師，研究方向：測繪工程。