GPS RTK用于圖根控制的研究

摘 要：GPS RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)是指載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分GPS定位技術(shù)，它具有實(shí)時(shí)、定位精度高、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于地形圖測(cè)繪、碎部測(cè)量等測(cè)量領(lǐng)域，是GPS發(fā)展的新形式，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。它的出現(xiàn)為各種控制測(cè)量、地形測(cè)圖和工程放樣等帶來(lái)了曙光，極大地提高了測(cè)量工作的外業(yè)作業(yè)效率。為了擴(kuò)大GPS RTK技術(shù)在測(cè)量工作中的應(yīng)用范圍，滿足高精度的測(cè)量要求以及建立大面積的測(cè)量控制網(wǎng)的需要，擬通過(guò)具體的設(shè)計(jì)試驗(yàn)探尋出實(shí)用的測(cè)量方法來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的常規(guī)測(cè)量方法，使測(cè)量工作更簡(jiǎn)便快捷。

關(guān)鍵詞：GPS RTK；圖根控制；精度分析

一、研究實(shí)例

（一）工程概況

1.工程及儀器概況

南水北調(diào)中線干線一期工程河北省高邑贊皇段（HBZTJ9-7），地形南北高差25m，渠道長(zhǎng)度15km，共布置各類(lèi)交叉建筑物26座，包括渡槽1座、排洪涵洞1座，左岸排水4座，分水口門(mén)2座，渠渠交叉2座，該區(qū)域經(jīng)常有霧不便于全站儀全天候作業(yè)，因此利用GPS RTK進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)放樣。

南方（靈銳S-86）雙頻接收機(jī)4臺(tái)。靜態(tài)平面精度：±3mm+1ppm；靜態(tài)高程精度：±5mm+1ppm；靜態(tài)作用距離：優(yōu)于100km；RTK平面精度：±1cm+1ppm；RTK高程精度：±2cm+1ppm；RTK作用距離優(yōu)于8km。

2.平面控制網(wǎng)的布設(shè)

GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的精度對(duì)整個(gè)測(cè)量作業(yè)的精度造成很大的影響，渠道干線采用設(shè)計(jì)單位提供的C級(jí)GPS靜態(tài)測(cè)繪點(diǎn)，水準(zhǔn)等級(jí)為二級(jí)，高程系統(tǒng)采用國(guó)家1985高程基準(zhǔn)，平面系統(tǒng)采用1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)，1°分帶。在C級(jí)GPS點(diǎn)下布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線網(wǎng)，用四臺(tái)南方S-86GPS同步進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量。高程網(wǎng)及施工區(qū)附近的二等水準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)，采用符合水準(zhǔn)測(cè)量方法，公布設(shè)了28個(gè)四等GPS點(diǎn)。在布網(wǎng)時(shí)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行了篩選，采用按邊連式三角布網(wǎng)，采用靜態(tài)方法觀測(cè)方式沿渠道的方向每0.5km～1km布設(shè)一個(gè)平面控制點(diǎn)。為了便于施工放樣，沿渠道、構(gòu)筑物附近利用全站儀加密布測(cè)了四等平面控制點(diǎn)控，用于渠道結(jié)構(gòu)邊線及構(gòu)筑物放樣、渠道現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)采集及渠道中樁放線時(shí)的檢核，觀測(cè)方式采用RTK進(jìn)行觀測(cè)。

3.基準(zhǔn)站設(shè)置及參數(shù)轉(zhuǎn)換

我們按照渠道施工放樣的規(guī)范要求15個(gè)GPS控制點(diǎn)兼作高程控制點(diǎn)，并通過(guò)分布均勻的已知三等水準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合法計(jì)算，得出各點(diǎn)的高程。以這些控制點(diǎn)作為GPS的基準(zhǔn)站。對(duì)于GPS坐標(biāo)參數(shù)的轉(zhuǎn)換，我們使用的是南方靈銳S86型雙頻接收機(jī)由已知控制點(diǎn)求出四參數(shù)，然后在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)這些控制點(diǎn)進(jìn)行檢核測(cè)量。

4.RTK施工應(yīng)用

（1）地形圖。測(cè)繪對(duì)于研究區(qū)域內(nèi)的地形圖繪制我們利用一臺(tái)基準(zhǔn)站，三臺(tái)移動(dòng)站沿渠道沿線及各個(gè)構(gòu)筑物局部地形的測(cè)繪，對(duì)于一些地形低洼的地區(qū)由于GPS信號(hào)較弱我們采用全站儀與RTK相結(jié)合的方式進(jìn)行局部測(cè)繪。

（2）線放樣。在放樣之前，首先在卡西歐5800中編好所要放樣里程內(nèi)的計(jì)算程序，然后在手薄中輸入要放樣的中線曲線要素，在手薄中自動(dòng)生成線路圖。在放線過(guò)程中，手薄中實(shí)時(shí)顯示里程、偏距、實(shí)地高程，我們可以根據(jù)偏距在卡西歐計(jì)算器中結(jié)合設(shè)計(jì)算出所測(cè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程，從而方便快捷指導(dǎo)渠道的施工。

（3）縱橫斷面測(cè)量。本工程包括了涵洞、渠道和倒虹吸等多個(gè)分項(xiàng)工程，縱、橫斷面測(cè)量工作量大、工期緊、精度要求高，若采用常規(guī)的地面測(cè)量方法，不僅效率低，而目很難保證測(cè)繪成果質(zhì)量。本項(xiàng)目中采用RTK技術(shù)，按照中心樁號(hào)進(jìn)行縱橫斷面測(cè)量的方法進(jìn)行放樣、收方，這樣既保證了精度又節(jié)省了時(shí)間、人力物力，提高了效率。

（二）實(shí)驗(yàn)方法

GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)的精度對(duì)整個(gè)測(cè)量作業(yè)的精度造成很大的影響，渠道干線采用設(shè)計(jì)單位提供的C級(jí)GPS靜態(tài)測(cè)繪點(diǎn)，水準(zhǔn)等級(jí)為二級(jí)。在C級(jí)GPS點(diǎn)下布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線網(wǎng)，用四臺(tái)南方S-86 GPS同步進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量。高程網(wǎng)及施工區(qū)附近的二等水準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)，采用附合水準(zhǔn)測(cè)量方法，共布設(shè)了28個(gè)四等 GPS點(diǎn)。在布網(wǎng)時(shí)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行了

篩選，采用按邊連式三角布網(wǎng)，采用靜態(tài)方法觀測(cè)方式沿渠道的方向每0.5km～1km布設(shè)一個(gè)平面控制點(diǎn)。對(duì)于本施工區(qū)的28個(gè)GPS四等加密控制點(diǎn)用控制點(diǎn)（ⅡML153、Ⅲ201、ⅡML141）建立模型，利用南方測(cè)繪GPS數(shù)據(jù)后處理軟件4.4版進(jìn)行數(shù)據(jù)平差處理，用點(diǎn)Ⅲ211-1、Ⅲ210-1、Ⅲ209-1進(jìn)行檢查（結(jié)果如表3-3），坐標(biāo)平差后點(diǎn)位精度dxmax=1.876mm，dymax=1.763mm，dsmax=2.574mm，高程值不超過(guò)±6.1mm，其精度要求完全達(dá)到RTK采點(diǎn)的要求。

二、結(jié)論

通過(guò)對(duì)南水北調(diào)控制點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果與用靜態(tài)測(cè)量的坐標(biāo)值相比較，最大差值Δx=1.20cm，Δy=0.94cm，Δz=2.11cm。由以上比較結(jié)果可知，RTK測(cè)得四等GPS點(diǎn)平面坐標(biāo)與靜態(tài)GPS測(cè)設(shè)的精度比較接近，完全滿足施工開(kāi)挖控制測(cè)量等要求。

（1）RTK與GPS靜態(tài)測(cè)量的坐標(biāo)值（以靜態(tài)測(cè)量值為坐標(biāo)真值），在平面坐標(biāo)上較差較小，RTK測(cè)量精度較高，成果可靠。

（2）采集的基準(zhǔn)點(diǎn)精度符合《工程施工規(guī)范》要求，且觀測(cè)穩(wěn)定性良好。

（3）在保證有較好的布設(shè)方案和觀測(cè)條件下，RTK測(cè)得四等GPS點(diǎn)平面坐標(biāo)與靜態(tài)GPS測(cè)設(shè)的精度比較接近，完全滿足施工開(kāi)挖控制測(cè)量等要求。

GPS RTK技術(shù)在渠道施工測(cè)量中具有優(yōu)越性，特別是對(duì)于土石方渠道開(kāi)挖的作業(yè)，可方便的完成橫斷面復(fù)測(cè)、渠道中、邊樁放樣等工作，需要的人力少，定位精度高，放樣速度快、控制距離長(zhǎng)、測(cè)站間無(wú)需通視，在沒(méi)有現(xiàn)成基準(zhǔn)控制點(diǎn)或基準(zhǔn)被破壞而造成的控制點(diǎn)不足的地區(qū)，或由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)能進(jìn)行高精度的定位計(jì)算，綜合測(cè)繪能力強(qiáng)，對(duì)作業(yè)條件要求不高，數(shù)據(jù)輸入、處理、存儲(chǔ)能力強(qiáng)，與計(jì)算機(jī)通信方便，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，操作簡(jiǎn)單，容易使用。

對(duì)于渠道施工中作業(yè)量最大的邊樁放樣，只需采用卡西歐編程計(jì)算器編制好相關(guān)的計(jì)算程序，測(cè)量人員即可在走動(dòng)中實(shí)現(xiàn)隨機(jī)、動(dòng)態(tài)的邊樁放樣，不用任何現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算操作，實(shí)現(xiàn)施工測(cè)量的輕松放樣。

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作者簡(jiǎn)介：

付登臻（1995—），男，漢族，云南曲靖人，邵陽(yáng)學(xué)院本科在讀，專(zhuān)業(yè)方向：測(cè)繪工程。