GNSS RTK在測繪測量中的技術應用研究

文述生 王江林 李寧 閆少霞

摘 要：作者對GNSS RTK測量技術的概念及其實際應用進行詳盡分析與研究，并對GNSS RTK在測繪測量中的精度估計進行了具體闡述，旨在為未來GNSS RTK技術在我國測繪測量領域中得到更好地推廣與應用。

關鍵詞：GNSS RTK；測繪測量；推廣；技術應用

中圖分類號：TB22 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0011-04

Abstract： The concept and practice of GNSS RTK are analyzed and studied in detail， and the precision estimation of GNSS RTK in surveying and mapping is described in detail. The purpose of this paper is to promote and apply GNSS RTK technology in the field of surveying and mapping in our country in the future.

Keywords： GNSS RTK； surveying and mapping； promotion； application of technology

引言

在社會經濟持續(xù)發(fā)展的促進下，GNSS RTK技術早已在相關領域得到了較為廣泛的推廣與應用。GNSS RTK技術是一種動態(tài)測量技術，它主要由GNSS全球定位系統(tǒng)以及數(shù)據的傳送技術兩部分組成。GNSS全球定位系統(tǒng)是GNSS RTK技術系統(tǒng)的主要組成部分，它的工作原理是利用衛(wèi)星完成導航定位的相關操作，定位完成后通過無線傳輸將所測數(shù)據信息發(fā)送至觀測站，最后系統(tǒng)再對相關數(shù)據資料進行處理與計算，得到精確坐標。

GNSS RTK技術在我國已有幾十年的發(fā)展歷史，技術系統(tǒng)已逐漸得到完善與成熟，并在各種測量工程中獲得發(fā)展契機。GNSS RTK技術具有精度高、效率高、實用性強以及操作便捷等優(yōu)良特性，因此獲得了許多測量人員的支持與喜愛。任何一個系統(tǒng)都是由各個分支或單元格所組成，GNSS RTK技術也不例外，該項技術由兩個核心部分構成，它們分別是基準站部分和核心站部分，GNSS RTK技術則是通過在這兩站點上放置GNSS RTK接收機來完成測量工作，顯而易見，基準站與核心站的主要功能是實現(xiàn)測量數(shù)據信息的有效傳遞。通常在野外進行實地測量時，GNSS RTK技術的定位精度能達到厘米級，該種程度的定位精度是由于技術系統(tǒng)采用了載波相位動態(tài)實時差分析方法，從而實現(xiàn)GNSS RTK技術的實時動態(tài)相對定位，此種高精度的測量手段對GNSS RTK技術應用而言意義非凡，并廣泛應用至地形勘測、建筑設計等工程。由上文可知，GNSS RTK技術促進了控制測量的持續(xù)發(fā)展，極大程度的提高了測繪測量的工作效率與質量。

1 GNSS RTK技術

隨著大數(shù)據時代的悄然而至，GNSS技術在我國很多領域已得到了較為廣泛的應用與發(fā)展。尤其是在測繪測量工程中，GNSS技術的優(yōu)良特性更是得到了廣泛推廣。在社會經濟發(fā)展的不斷促進下，GNSS技術逐漸完善及成熟，且由于GNSS RTK測量測繪技術兼容性強、適用范圍廣，因此該項技術常被應用于交通建設和地形測繪等工程。除此之外，GNSS RTK自身技術基準度高及實用性強，并且能有效縮短測量時間、節(jié)約投資成本。

GNSS RTK技術源自于美國，現(xiàn)階段，定位系統(tǒng)種類繁多，人們可通過衛(wèi)星實現(xiàn)對事物的準確定位，且該過程無需過多人工操作。此外，GNSS RTK技術具有定位立體性強、質量佳及效率高等特點，因此被許多測繪項目廣泛應用。20世紀末，相關研究學者以GNSS技術為基礎，研發(fā)出了GNSS實時動態(tài)技術（GNSS RTK技術），該技術能將測量精度控制在厘米范圍內，且還能持續(xù)進行導航定位，從某種角度上看GNSS RTK技術極大地提高了測繪測量工程的經濟效益。

GNSS RTK技術測量手段離不開GNSS信息收發(fā)儀器，該設備能將所監(jiān)測到的衛(wèi)星信號進行24小時跟蹤觀測，并利用無線傳輸設備將所測、數(shù)據信息等發(fā)送出去。此外，在陸地上的接收設備在進行GNSS信號采集時，需使用電傳導儀器來收集和處理測繪信息。總而言之，GNSS RTK技術操作簡單，并在保證測量結果可靠性和精確度的基礎上完成各種測繪任務，并為建設項目帶來可觀的經濟效益。GNSS RTK技術手段通過載波相位信息和數(shù)據來計算出事物的精確地理坐標。

任何測量工程都無法避免誤差的產生，因此為了減少GNSS技術在測量時公共誤差的產生，需進行多處、多次測量，簡而言之亦就是利用一個觀測站來觀測兩個物體、對所觀測的物體進行多次觀測或用多個觀測站同時觀測同一物體，此種多處、多次測量的測量手段能有效的減少誤差產生。

收集相關資料是進行GNSS RTK技術測量前需做好的準備工作，并根據這些資料來制定合理的實施方案。除此之外，還需準備好測量設備，并根據所測區(qū)域的實際情況來選擇參數(shù)坐標。通常，我們采用OTF計算法對相關的數(shù)據信息進行計算與處理，并且完成數(shù)據間的轉換。當工作人員需獲取相關數(shù)據時，可直接在數(shù)據庫中下載資料，最后對所下載到的數(shù)據進行分析與研究，得出結論。

2 GNSS RTK在測繪測量中的應用

2.1 GNSS RTK 測量技術在公路建設工程中的應用

公路建設工程是我國交通建設的重要組成部分，隨著城市化建設的不斷加快，大力加強公路建設勢在必行。公路縱橫斷面的設計需利用測繪手段對橫斷面處進行測量，且必須進行中樁放樣操作。公路建設工程需據路況設計的坐標線路，再利用水準儀設備進行抄平工作，在此過程中還需測量線路的左側端。通常在中樁放樣中都采用全站儀設備，但由于近年來 GNSS RTK技術不斷得到優(yōu)化與更新，因此它在許多測繪測量項目中逐漸取代了全站儀的工作角色，進抄平工作和測量工路縱斷面是公路測量的關鍵部分，GNSS RTK技術能在水平儀出現(xiàn)測量速度滯后的情況下給與實時的測量，由此便有效避免了環(huán)節(jié)脫離的現(xiàn)象。

2.2 GNSS RTK測量技術在鐵路測量中的應用

近年來，GNSS RTK 測量技術在鐵路測量中的應用日益廣泛，實時勘測與定測放樣是鐵路測量工程的主要工作內容。地形測圖需具備立體性， GNSS RTK技術通過對基準站進行相應調整與設置即可完成三維坐標計算，最后結合使用應用軟件就能得到鐵路立體地形測圖。除此之外，目標物間的距離計算尤為重要，它亦是放樣的主要工作內容，通過目標物間的數(shù)據信息進行分析與研究，得出事物地理坐標。

2.3 GNSS RTK測量技術在礦業(yè)測量當中的應用

當前，礦山開采工程亦離不開GNSS RTK測量技術，通常開采環(huán)境復雜及條件艱苦，因此礦業(yè)測量往往都會受地形影響，從而導致測量工作的進程和測量結果差強人意。由于傳統(tǒng)礦業(yè)測量已無法滿足當前市場所需，因此在礦山開采中引入GNSS RTK動態(tài)測量技術尤為必要，該項技術能有效避免了測量誤差，且能在一定程度上削弱外界環(huán)境對結果產生的消極影響。

2.4 GNSS RTK測量技術在裝機基礎施工測量中的應用

裝機基礎施工通常工作量大、施工時間短、施工范圍廣，因此傳統(tǒng)的測量技術無法滿足對于當前裝機基礎施工要求，但是GNSS RTK技術能有效解決在墩樁基礎中心放樣的問題，且該過程無需過多人工操作。除此之外，GNSS RTK技術還可結合相關應用軟件層來實現(xiàn)數(shù)據的采集、處理及放樣。

2.5 GNSS RTK 測量技術在航跡測量中的應用

航運是我國交通運輸?shù)闹匾M成部分，隨著社會經濟的持續(xù)發(fā)展，航運技術也在隨之得到有效提升。通常在傳統(tǒng)航跡測量過程中需耗費大量人力資源和投資成本，且在河水湍急時，測量工作無法正常開展，同時還會給測量工作者的人身安全構成威脅。相較于傳統(tǒng)測量技術， GNSS RTK技術不僅能保證數(shù)據的精準性，且還能有效節(jié)約人力資源和物力資源，使工作人員的生命財產安全得到保障?；鶞收灸転楹桔E測量提供合理的測量位置，并在所測區(qū)域內還可引導工作人員完成數(shù)據信息的記錄，最后再根據所得數(shù)據，完成航船的航跡線路顯示。

3 GNSS RTK在測繪測量中的精度估計

介于GNSS RTK測量技術可實現(xiàn)快速獲取基準站的地理坐標及精度指標，因此被廣泛引用至各種測繪項目。但由于任何測量都存在誤差，因此GNSS RTK測量技術在實際操作中仍存在一定缺陷，例如流動站支點相互獨立，不具幾何特征，因此測量結果往往缺乏可靠性。相關部門通常會對測量成果用GNSS靜態(tài)測量法對實測邊長進行比較，從而來判斷測量結果是否可靠，但由于缺乏明確指標，因此無法對其精度進行判斷。基于此，本章將會對GNSS RTK測量結果進行檢測和精度估算。

3.1 GNSS RTK測量成果的坐標檢測法精度估計

在改式定權時，式（4）中的項可采用GNSS RTK測量接收設備完成進度值的代入。

由點位較差計算處理后，再結合GNSS RTK測量技術手段，可得出單位全中誤差可表示為：

同上，點位較差的權和單位區(qū)域內的權中誤差i點位的表達式如下：

得到計算公式后，再將控制點位中誤差的數(shù)據值代入式（3），則可求得該點位中誤差的允許值。

3.2 GNSS RTK測量成果的邊長檢測法精度估計

在本次研究中，我們假設全站儀的兩個控制點的邊長為S'i，并利用GNSS RTK測量技術反算出量控制點間的周長為Si，（i=1，2…，n），較差表示為：

由上文式（5）計算后可得出各邊的邊長較差的相對誤差為dSi/Si=1/Ni1，再由式（9）及式（10）可求得邊長相對中誤差為'dSi/Si=Nj2。

3.3 GNSS RTK測量及檢測限差討論

將式（7）中兩控制點的點位中誤差假設為相等，由此可獲得以下控制網反算的極限值，并按測量規(guī)范，將這四等進行階段劃分，可求得等級網點的邊長相對中誤差的相關數(shù)值表（如表1 所示），再由式（6）可得以下公式：

得到上式后，再用對應等級控制網觀測邊長相對中誤差1/N1和反算出邊長中誤差的極限值1/N2代入可得：

按國家相關測量規(guī)定可知，側邊網測距精度指標由上文計算公式可分別得出控制網各邊長較差中誤差、相對中誤差等限值（如表2所示）。

4 案例分析

為檢測GNSS RTK測量定位精度，現(xiàn)對原有控制點采用GNSS RTK技術進行檢測，假設原有中誤差的極限值為20mm，具體數(shù)值如表3所示，現(xiàn)用坐標檢測法對結果進行精度檢測。

表4點位較差結構都小于極限值，當0取10mm時，計算各邊長的中誤差（如表5所示）。

且為估算GNSS RTK測量的精度，全程測量均采用GNSS RTK技術，用相關設備測繪邊長計算出相關誤差（如表6所示），且亦能說明GNSS RTK測量精度高、質量佳。

5 結束語

隨著我國社會經濟及科學技術的持續(xù)提升，當前我國GNSS RTK測量技術的綜合水平亦逐步得到成熟與完善，并經過不斷的優(yōu)化與革新后能更大程度的滿足各種測繪項目的精度和密度要求，且其測量精度及可靠性也滿足當前市場要求，簡而言之，這正是GNSS RTK技術能在市場競爭日益激烈的環(huán)境中獲得生存與發(fā)展契機的主要原因。GNSS RTK技術是GNSS技術的加強版，它以GNSS技術為基礎，為我國土地資源的可持續(xù)性發(fā)展奠定了堅實的基礎。同時，相信在網絡大數(shù)據時代背景之下，GNSS RTK技術勢必會得到更為廣闊的發(fā)展前景。通過本文對GNSS RTK測量技術在鐵路測量、礦業(yè)測量、裝機基礎施工測量以及航跡測量的實際應用研究不難發(fā)現(xiàn)，GNSS RTK技術精度高、操作簡單、適用范圍廣等優(yōu)良特性。除此之外，該項技術還能有效改善傳統(tǒng)測量技術上所存在缺陷，從而促進了測繪工程的整體發(fā)展。

在實際測量過程中，GNSS RTK測量技術的實際應用遠不止局限于本文所分析的四個方面，相信隨著GNSS RTK測量技術的不斷成熟與完善，該項技術將會獲得更多測量人員及測繪領域的選擇與支持，但除此之外，在實際測量中工作人員需具備豐富的實際操作經驗及理論基礎知識，這樣才能促使GNSS RTK測量技術更好地服務于測量項目工程。

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