GPS—RTK定位技術(shù)在航道測(cè)量中的應(yīng)用

趙元龍

摘 要：GPS技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)成為我國(guó)在建筑行業(yè)、旅游行業(yè)和監(jiān)控救助行業(yè)等多方面必不可缺的先進(jìn)技術(shù)，甚至在現(xiàn)如今信息化時(shí)代的發(fā)展中，移動(dòng)設(shè)備也開始全面運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行城市地圖與方向的確認(rèn)實(shí)施，為我國(guó)進(jìn)一步走向科學(xué)信息化的全面發(fā)展鋪設(shè)了相對(duì)穩(wěn)固的基礎(chǔ)。本文將從最近較為火熱的GPS-RTK定位技術(shù)（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)）進(jìn)行分析，從航道測(cè)量的領(lǐng)域需求確認(rèn)是否可以滿足應(yīng)用條件，為確保城市建設(shè)或多方面行業(yè)延伸的可能性提供相應(yīng)理論前提。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK定位技術(shù)；航道測(cè)量；應(yīng)用

社會(huì)信息化環(huán)境的發(fā)展，影響著城市居民與建筑行業(yè)的前進(jìn)方向，只有摒棄傳統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)獲取模式，才能夠在真正意義上賦予科技的使用效能發(fā)揮，并確保工作效率與生活質(zhì)量的有效提升，為后續(xù)城市建設(shè)提供了延伸前提，更為經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了改革作用。

1 GPS-RTK定位技術(shù)概述

GPS-RTK定位技術(shù)又被稱為全球定位系統(tǒng)，通過(guò)人造衛(wèi)星對(duì)地面GPS信號(hào)的實(shí)時(shí)捕捉，完成高精度、全氣候和地面三維坐標(biāo)點(diǎn)的快速確定，在人們的日常生活與航行安全方面提供了良好的保障同時(shí)，更為先進(jìn)測(cè)量技術(shù)提供了良好的鋪設(shè)環(huán)境，并改變了傳統(tǒng)測(cè)量理論與方法的使用，促進(jìn)了測(cè)繪工作科學(xué)化的發(fā)展，更避免了相對(duì)應(yīng)人工誤差的存在可能性。

GPS-RTK定位技術(shù)具備支持標(biāo)準(zhǔn)和精確定位算法、支持多種定位模式與GNSS實(shí)時(shí)與后處理、支持多種標(biāo)準(zhǔn)格式和協(xié)議GNSS的特點(diǎn)，對(duì)于后續(xù)使用過(guò)程中相對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理上具備優(yōu)勢(shì)，同時(shí)與傳統(tǒng)GPS模式相比更易操作，針對(duì)數(shù)據(jù)傳導(dǎo)過(guò)程中變化也更加明顯。

GPS-RTK定位系統(tǒng)由三個(gè)方面組成：

（1）空間人造行星部分。依據(jù)相對(duì)應(yīng)地球運(yùn)轉(zhuǎn)速率保持使用的人工行星作為全球定位基礎(chǔ)，通過(guò)相對(duì)應(yīng)角度赤道面的交點(diǎn)比值獲取相對(duì)應(yīng)位置的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，同時(shí)依據(jù)信號(hào)的傳導(dǎo)速率與影像實(shí)時(shí)性，促使24顆人造衛(wèi)星具備更深一步的校準(zhǔn)系統(tǒng)，確保在滿足各種氣候條件中能夠具備運(yùn)行的實(shí)際意義，并構(gòu)建完善系統(tǒng)滿足使用要求。

（2）地面監(jiān)控單位。相對(duì)于地面靜止的監(jiān)測(cè)站、主控站和注入站，分別對(duì)空間人造衛(wèi)星進(jìn)行信號(hào)的接收、處理和維護(hù)等相關(guān)工作，同時(shí)也作為參照定位點(diǎn)為人造衛(wèi)星進(jìn)行服務(wù)，避免了環(huán)境地理變化與軌道運(yùn)行誤差出現(xiàn)偏移，并進(jìn)一步對(duì)地面定位有參照依據(jù)，確保傳入主控站的信息數(shù)據(jù)有完整性與比對(duì)性，并針對(duì)當(dāng)前地理情況有較為明顯的突出比較，確保了后續(xù)監(jiān)控單位的工作進(jìn)行。

（3）GPS-RTK信號(hào)接收機(jī)。通過(guò)接受信號(hào)的設(shè)備，獲取主控站和衛(wèi)星整合的數(shù)據(jù)單位，根據(jù)衛(wèi)星的運(yùn)行與GPS信號(hào)的有效處理和放大，確保信號(hào)的可觀察性與相關(guān)位置網(wǎng)格化，為相關(guān)使用者提供準(zhǔn)確的方向和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，也是GPS-RTK定位技術(shù)使用的最終目的。

其次，GPS-RTK信號(hào)接收機(jī)應(yīng)具備較強(qiáng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換與接收能力，克服特殊環(huán)境或地方的天線單元和接收單元也是必不可少的相關(guān)部件。

2 GPS-RTK定位技術(shù)在航道工程測(cè)量中的應(yīng)用

GPS-RTK定位技術(shù)又被稱為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，通過(guò)信號(hào)傳遞的效率與處理速度，避免了三維模式定位下的時(shí)差問(wèn)題，并將傳統(tǒng)的GPS技術(shù)使用進(jìn)行了有效的提高，促使航道維護(hù)性測(cè)量的工作能夠在相對(duì)平穩(wěn)的環(huán)境中實(shí)行，對(duì)人造衛(wèi)星更有了準(zhǔn)確的把控和航道運(yùn)算依據(jù)。

GPS-RTK定位技術(shù)的原理是通過(guò)點(diǎn)位精度較高的地方作為水準(zhǔn)點(diǎn)，根據(jù)相應(yīng)的多顆衛(wèi)星掃描進(jìn)行三維立體化的比對(duì)確認(rèn)，從而建立后續(xù)GPS接收機(jī)為相對(duì)基準(zhǔn)站進(jìn)行多次掃描評(píng)估構(gòu)建信號(hào)框架，并通過(guò)無(wú)線電的模式經(jīng)過(guò)主控站的數(shù)據(jù)處理和圖像化處理，使得使用者能夠獲取精細(xì)化的數(shù)據(jù)和高程測(cè)量精度。

所以，GPS-RTK定位技術(shù)在航道測(cè)量中可以應(yīng)用到覆蓋水深測(cè)量、地形測(cè)量、經(jīng)緯度測(cè)量、施工放線、建立和GIS前端數(shù)據(jù)等多方面的測(cè)量采集工作，根據(jù)相應(yīng)的接收器作為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)籌，從而依據(jù)相應(yīng)水準(zhǔn)點(diǎn)高差和位置進(jìn)行進(jìn)一步確定，滿足單項(xiàng)工程或是數(shù)據(jù)的獲取，并獲得相對(duì)精準(zhǔn)的測(cè)量信息。

動(dòng)態(tài)定位模式在航道勘測(cè)階段有著廣闊的應(yīng)用前景，可以完成地形測(cè)繪、橫斷面測(cè)量、縱斷面測(cè)量，及水深、河床地形等測(cè)量工作。整個(gè)測(cè)量過(guò)程在不需通視的條件下，測(cè)量1～3s，精度就可以達(dá)到10～30mm，有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器（如全站儀）不可比擬的優(yōu)點(diǎn).RTK技術(shù)具有很大的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級(jí)精度的測(cè)量成果，從而提高了GPS-RTK定位技術(shù)作業(yè)效率，每個(gè)測(cè)量點(diǎn)只需要停留1～2s，移動(dòng)站小組作業(yè)（1～2人）可完成地形測(cè)量5～10km，其精度和效率是常規(guī)測(cè)量所無(wú)法比擬的。GPS與測(cè)深儀連接進(jìn)行水深測(cè)量，可以實(shí)時(shí)定位采樣點(diǎn)水深，精度一般可控制在≥5cm，充分滿足水運(yùn)工程規(guī)范要求。

GPS靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)技術(shù)相結(jié)合的方法可以高效、高精度地完成航道平面控制測(cè)量，水深測(cè)量，河床地形測(cè)量，護(hù)岸定線和疏浚放線測(cè)量等。

3 GPS-RTK定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性

3.1 GPS-RTK定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）觀測(cè)站之間無(wú)需通視。既要保持良好的通視條件，又要保障測(cè)量控制網(wǎng)的良好結(jié)構(gòu)，這一直是傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)在實(shí)踐方面的困難問(wèn)題之一。GPS-RTK定位技術(shù)測(cè)量不要求觀測(cè)站之間相互通視，這一優(yōu)點(diǎn)即可大大減少測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得更加靈活。（2）定位精度高，沒(méi)有誤差積累。只要滿足GPS的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)，GPS-RTK定位技術(shù)可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，高程測(cè)量精度可滿足四等水準(zhǔn)要求，且沒(méi)有累積誤差。實(shí)測(cè)中，基準(zhǔn)站架設(shè)在視野開闊且附近無(wú)高大建筑物的控制點(diǎn)上，作業(yè)半徑約為8～10km。（3）觀測(cè)時(shí)間短。進(jìn)行GPS-RTK定位技術(shù)測(cè)量時(shí)，將基站架設(shè)在已知控制點(diǎn)上，測(cè)量人員手持流動(dòng)站，利用RTK技術(shù)每點(diǎn)定位歷時(shí)僅幾秒鐘，速度很快。（4）操作簡(jiǎn)便。GPS-RTK定位技術(shù)測(cè)量的自動(dòng)化程度很高，在觀測(cè)中，測(cè)量員的主要任務(wù)只是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高、監(jiān)控儀器的工作狀態(tài)和采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其他觀測(cè)工作，如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測(cè)和記錄等均有儀器自動(dòng)完成。（5）全天候作業(yè)。GPS-RTK定位技術(shù)觀測(cè)工作，可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般也不受天氣狀況的影響，風(fēng)雨天均可實(shí)施。

3.2 GPS-RTK定位技術(shù)的局限性

外部環(huán)境對(duì)GPS-RTK定位技術(shù)的使用及精度會(huì)有一定的影響，如近距離的高壓線路、建筑物、高大樹木、河道上的橋梁都會(huì)影響其接收效果，因此在測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量避開這些障礙物。當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法接收時(shí)，需通過(guò)全站儀、水準(zhǔn)儀完成附近的測(cè)量任務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

GPS-RTK定位技術(shù)是我國(guó)實(shí)行精準(zhǔn)測(cè)量和定位的有效工具，通過(guò)相應(yīng)衛(wèi)星和基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量系統(tǒng)促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)效率，同時(shí)城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收與船舶安全方面提供了維護(hù)測(cè)量的基本前提，更為我國(guó)行駛監(jiān)督管理方面提供了相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行力。故而，GPS-RTK定位技術(shù)對(duì)于社會(huì)科學(xué)與群眾生活效益具備實(shí)用性，對(duì)于未來(lái)其他行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用軟件平臺(tái)的服務(wù)延伸也提供了相應(yīng)依據(jù)，確切鎖定了相關(guān)方位與測(cè)繪網(wǎng)格的關(guān)系，為后續(xù)技術(shù)的普及和應(yīng)用埋下了扎實(shí)的基礎(chǔ)和科學(xué)化的技術(shù)平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

[1]尹順，沈如平.GPS-RTK定位技術(shù)在航道測(cè)量中的應(yīng)用[J].建筑知識(shí)，2017（9）.

[2]項(xiàng)偉波，徐松穎，成譽(yù)華，等.GPS-RTK定位技術(shù)在航道測(cè)量中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)：全文版，2016（5）：00108-00108.

[3]楊琴.淺析GPS-RTK定位技術(shù)在航道測(cè)量中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)：全文版，2017（3）：00275-00275.

[4]許錫河.芻議GPS-RTK技術(shù)與測(cè)深儀配合在航道測(cè)量中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)：全文版，2016（6）：00236-00236.