工程測量中GPS、RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的有效運用分析

陳浩光

摘要：文章首先針對現(xiàn)階段工程地質(zhì)測量中GPS、RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)原理進行了簡述，然后在此理論基礎(chǔ)上就上述三種不同工程測量技術(shù)的有關(guān)應(yīng)用實踐方法進行了詳述。實踐證明，將GPS、RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代工程測量中具有積極的意義，不僅能夠提高數(shù)據(jù)測量的精準度，而且可以大大減小工程測量的工作任務(wù)量。

關(guān)鍵詞：工程測量；GPS技術(shù)；RTK技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)；工程建筑事業(yè) 文獻標識碼：A

中圖分類號：P25 文章編號：1009-2374（2016）35-0056-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.027

1 概述

隨著工程建筑事業(yè)的不斷發(fā)展與建筑施工技術(shù)的進一步提升，新型的工程測量技術(shù)在整個工程實踐中得到了最為廣泛的應(yīng)用，特別是當前人們對工程設(shè)計與施工的總體質(zhì)量要求在不斷提高，因此有效推動了新型工程技術(shù)的發(fā)展。其中在現(xiàn)代工程地質(zhì)勘察過程中，GPS、RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)已經(jīng)得到深入、系統(tǒng)的應(yīng)用與實踐。其在大型的工程地質(zhì)測量中發(fā)揮了重要的數(shù)據(jù)勘察與分析作用，從而使整個工程項目設(shè)計與施工的效率顯著提高。對此，本文將在此背景下，重點針對我國現(xiàn)階段工程測量中GPS、RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的實踐應(yīng)用情況進行論述研究，以此促進我國工程測量技術(shù)不斷提高。

2 GPS、RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的工作原理

2.1 工程測量中GPS技術(shù)的工作原理

GPS技術(shù)是我國工程測量中應(yīng)用實踐最為普遍的一種技術(shù)方式。在GPS測量系統(tǒng)主要分為空間板塊、地面控制系統(tǒng)板塊和用戶設(shè)備板塊。其中衛(wèi)星星座構(gòu)成了GPS系統(tǒng)的空間部分，而地面監(jiān)測站與地面接收信息、發(fā)送信息的天線及位于美國科羅拉多州春田市的主控制站構(gòu)成了GPS技術(shù)系統(tǒng)的地面控制體系。地面控制站的主要功能是負責全面、系統(tǒng)收集衛(wèi)星中傳送回的相關(guān)信息，然后系統(tǒng)科學計算地面與衛(wèi)星之間的相對距離及衛(wèi)星星歷和相關(guān)的大氣校正數(shù)據(jù)等。在用戶設(shè)備模塊，主要通過GPS信號接收機設(shè)備進行工程地質(zhì)測量信息的傳輸及接收。

因此，在實際工程測量實踐中，GPS技術(shù)可通過上述三個不同模塊進行信息目標跟蹤與定位，從而科學接收衛(wèi)星發(fā)射的信息，然后對其進行針對性處理，最后再通過空間距離后方交會，從而確定工程項目待測點的相對空間位置。

2.2 工程測量中RTK技術(shù)的工作原理

工程測量中的RTK技術(shù)又稱實時動態(tài)工程測量技術(shù)，這一測量技術(shù)在實踐工作中主要融合了數(shù)據(jù)信息傳輸技術(shù)與載波相位測量技術(shù)，然后將載波相位測量技術(shù)作為工程測量的理論依據(jù)，從而構(gòu)成一種新的實時差分GPS測量技術(shù)體系。

通過研究發(fā)現(xiàn)，這一測量技術(shù)在應(yīng)用過程中，需在工程項目的已知高等級測量基準點中科學布設(shè)一臺GPS接收機，然后采用GPS技術(shù)，對全部可見衛(wèi)星進行連續(xù)觀測。經(jīng)過觀測并收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，采用無線電傳輸技術(shù)設(shè)備將其動態(tài)、實時傳輸?shù)较到y(tǒng)流動站中。流動站中的GPS接收機在接收到GPS衛(wèi)星信號的過程中，會采用無線接收基準站發(fā)射的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，將實時、動態(tài)觀測到的有關(guān)工程地質(zhì)數(shù)值進行差分處理，以此獲得基準數(shù)據(jù)測量站及流動測量站中的基線數(shù)據(jù)向量（X、Y、Z）；基線向量加上工程測量基準站中測量到的數(shù)據(jù)信息坐標，就可獲得流動數(shù)據(jù)監(jiān)測站中的每一個WGS-84數(shù)據(jù)坐標。最后經(jīng)過坐標數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)化，從而科學計算出工程數(shù)據(jù)測量流動站中的三維坐標及其數(shù)據(jù)精確參數(shù)值。

2.3 工程測量中網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的工作原理

這一技術(shù)的主要應(yīng)用原理是通過連續(xù)工作運行的衛(wèi)星，定位基準站中的工程測量信息，從而以GPS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系為測量基礎(chǔ)，構(gòu)建科學的差分信息計算模型。技術(shù)測量人員利用無線通訊數(shù)據(jù)鏈將差分數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶，從而為工程地質(zhì)分析與工程結(jié)構(gòu)設(shè)計提供科學的參考依據(jù)。與上述兩種工程測量技術(shù)方式相比，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)不論是在數(shù)據(jù)測量的精確性方面，還是工程施測作業(yè)范圍方面及數(shù)據(jù)測量的可靠性與安全性方面，都具有技術(shù)先進性。

3 工程測量中GPS、RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的有效運用分析

3.1 工程測量中GPS的應(yīng)用方法

實踐研究表明，GPS技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代工程測量中，具有觀測效率高及定位精度高、測量過程簡單、測站之間不用通視等技術(shù)優(yōu)勢，因此其被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工程測量中。具體而言，在工作過程中主要按照以下步驟進行施測：

首先，采用GPS技術(shù)進行工程地質(zhì)資料收集及選擇合理的工程地質(zhì)勘測點。主要科學收集工程地質(zhì)周邊的高等級控制點，然后對其坐標系統(tǒng)及等級情況和相關(guān)工程地質(zhì)賦存情況、通視情況等相關(guān)信息資料進行分析。與此同時，需結(jié)合工程項目施工建設(shè)中需要施測的位置進行控制點選擇。在選擇控制點時，需要選擇觀測視野開闊及無觀測障礙的區(qū)域作為測量點。通常情況下，所選擇的測量點高度角應(yīng)在15°以下，而且觀測點要避開電視臺的發(fā)射電源及大功率電氣設(shè)備等，同時還要遠離高壓線等具有嚴重信息干擾的設(shè)備和區(qū)域。為了使工程測量相關(guān)設(shè)備能夠順利運送工程現(xiàn)場，需盡量選擇交通便利及地質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)穩(wěn)定的區(qū)域作為工程測量區(qū)域。

其次，需結(jié)合上一階段收集的相關(guān)數(shù)據(jù)進行GPS外業(yè)觀測。在此測量階段，需兩臺以上的信息接收與傳輸技術(shù)設(shè)備。由于采用GPS技術(shù)進行外業(yè)觀測較為簡單，因此在施測前需將數(shù)據(jù)接收天線架設(shè)于觀測點的相關(guān)位置，然后科學調(diào)整位置與連接外接電池傳感設(shè)備和控制器等。尤其要注意設(shè)備接口部位的連接，連接完畢后打開系統(tǒng)控制設(shè)備搜索衛(wèi)星進入測量運行狀態(tài)。與此同時，需在系統(tǒng)控制設(shè)備中輸入測量點號及儀器信息等。在觀測過程中，如果衛(wèi)星失鎖或PODP及GDOP等發(fā)生變化，觀測人員應(yīng)及時做好全面的數(shù)據(jù)記錄。由于GPS技術(shù)設(shè)備可進行全天候、全時段觀測作業(yè)，因此需保證在不同工作狀態(tài)下的幾臺信息接收與發(fā)送設(shè)備處于同一信息處理頻段。而且要通過控制點調(diào)節(jié)與測量基線調(diào)節(jié)和接收機類型選擇，保證觀測設(shè)備時間一致、運行環(huán)境與運行條件一致。

最后，要進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)下載與處理。當外業(yè)觀測工作完畢后，將GPS中的數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)轿C中，并對相關(guān)數(shù)據(jù)資料進行全面?zhèn)浞?。然后對工程測量的基線量進行科學求解運算。如果個別基線未解出，需盡快查明原因，然后進行補測。同時，需對異步及同步環(huán)進行校核，觀察其是否能夠滿足相關(guān)的數(shù)據(jù)測量要求。在此過程中，還需對測量的數(shù)據(jù)坐標進行科學轉(zhuǎn)化與平方差計算。只有將不同的坐標系進行合成與轉(zhuǎn)化才能保證在不同坐標系測量下的數(shù)據(jù)結(jié)果一致。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化過程中需要利用地面聯(lián)測點求出兩個不同坐標系下的7個不同轉(zhuǎn)化參數(shù)，即一個尺度參數(shù)與三個旋轉(zhuǎn)、三個平移參數(shù)，然后再將會基向量投影到地方坐標系中。通過地面已知點進行約束與無約束平差，最后輸出點坐標成果。

3.2 工程測量中RTK的應(yīng)用方法

這一技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)點是可對工程測量的精度進行準確核實，且定位測量點及為工程測量提供所需要的三維坐標。不僅操作過程相對簡單，而且可以進行全天候操作運行。目前這一技術(shù)主要應(yīng)用于我國的建筑工程測量及水利工程測量和線路勘測等工程施工任務(wù)中。在具體的應(yīng)用實踐中，其主要按照以下步驟進行科學操作：

首先，求解轉(zhuǎn)化參數(shù)。無論何種測量技術(shù)，都是在WGS-84坐標下進行施測。因此，常規(guī)的測量方式一般采用地方或國家坐標系進行測量，所以采用上述技術(shù)進行工程測量前，需對測量坐標參數(shù)進行轉(zhuǎn)化，然后通過三個以上的控制點保證工程測量順利進行。在參數(shù)轉(zhuǎn)化過程中，可通過RTK手薄配套自帶的軟件進行科學求解，并將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化殘差分量控制在5cm以下，隨后可進行靜態(tài)測量。在此過程中，也可采用RTK外業(yè)施測方式在工程現(xiàn)場進行勘測求解。

其次，進行外業(yè)施測，將基準站布置完畢后，連接相關(guān)的測量設(shè)備。盡量選擇科學的設(shè)備及視野良好的測量點作為工程控制點，然后進行流動站設(shè)置與初始化工作。具體操作過程中，可先選取已知的觀測點進行測量，然后與其他數(shù)據(jù)觀測點進行測量對比。一般來說，可將數(shù)據(jù)測量點的高等控制點的點位互差控制在5cm左右。如果數(shù)據(jù)測量誤差超過這一范圍，則需要進行重復測量。

最后，進行流動站觀測。采用此技術(shù)方式進行現(xiàn)場測量時，數(shù)據(jù)采樣時間間隔可控制在1s內(nèi)，然后結(jié)合數(shù)據(jù)測量精度要求，科學設(shè)置每次工程測量的歷元數(shù)，然后進行測量放樣。事先將放樣點坐標科學輸入到RTK手薄中，這樣可大大提升數(shù)據(jù)測量的效率和精確度。

3.3 工程測量中網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的應(yīng)用方法

這一測量技術(shù)是在一個城市中通過安裝多個不同的數(shù)據(jù)測量永久性基站，采用CORS系統(tǒng)及CDMA網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)等進行信號接收與發(fā)射。系統(tǒng)會自動將測量的信息發(fā)送給流動站，而用戶不需要利用基站只通過流動站中的GPS接收機或采用手機通訊設(shè)備就可進行連接。與此同時，設(shè)置好設(shè)備的用戶名及密碼、IP地址等就可進行信息測量。

4 結(jié)語

綜上所述，本文針對工程測量中的GPS、RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)相關(guān)工作原理及具體測量方式進行了分析。實踐研究表明，這幾種測量技術(shù)的測量精度較高，而且在施測過程中對環(huán)境及設(shè)備的參數(shù)要求較高。由于上述測量技術(shù)可大大拓展參考站與流動站之間的作業(yè)距離，且數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)具有較高的測量精確度。因此，在整個工程測量過程中，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的初始化時間及數(shù)據(jù)測量結(jié)果都趨于一致，大大提升了系統(tǒng)的運行效率。特別是RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的有效運用，經(jīng)濟成本較低，有效避免了傳統(tǒng)工程測繪過程中數(shù)據(jù)測量準確性較低等問題出現(xiàn)。所以，上述三種不同技術(shù)的出現(xiàn)及運用，是我國現(xiàn)代信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展的重要體現(xiàn)，由此為我國現(xiàn)代工程測量奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

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（責任編輯：蔣建華）