PTK在工程測繪中的應(yīng)用

程鵬飛

摘 要：隨著GPS定位技術(shù)的不斷發(fā)展完善，使測繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，為測繪工作提供了嶄新的技術(shù)手段和方法，GPS在控制測量中以其精度高、速度快、全天候等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。而GPS動態(tài)測量解K（RealTimeKinematiC）模式，除具有GPS測量的優(yōu)點(diǎn)外，可以避免靜態(tài)GPS測量中數(shù)據(jù)質(zhì)量不能及時反映的不足，動態(tài)測量RTK技術(shù)與傳統(tǒng)測量方法相比，具有明顯的優(yōu)勢。

首先，觀測效率高，運(yùn)用實(shí)時動態(tài)測量系統(tǒng)，連續(xù)采集單點(diǎn)坐標(biāo)僅需十幾秒鐘，可實(shí)時解算坐標(biāo)。

其次，布點(diǎn)方式比較靈活，節(jié)省費(fèi)用。在控制測量中，運(yùn)用實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，各控制點(diǎn)間無須通觀，既不需要進(jìn)行造標(biāo)，也不需要傳統(tǒng)三角測量、導(dǎo)線測量中的連接點(diǎn)及傳算點(diǎn)，這極大地降低和節(jié)省了測量費(fèi)用。并且它可以實(shí)時反映測點(diǎn)的位置，精度和測量環(huán)境等。

本文在概述RTK技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討了RTK技術(shù)在工程測量中應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；RTK；控制測量；動態(tài)測量；工程測量

前言

近十年來，GPS定位技術(shù)在應(yīng)用基礎(chǔ)的研究、新應(yīng)用領(lǐng)域的開拓、軟件和硬件了極為廣闊的前景，并預(yù)示著經(jīng)典的測量技術(shù)面臨著一場意義深遠(yuǎn)的變革，從而將進(jìn)入一個嶄新的時代。

目前，GPS精密定位技術(shù)已經(jīng)廣泛的滲透到了經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，尤其對經(jīng)典測量學(xué)的各個方面產(chǎn)生了極其深刻的影響。它在大地測量學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域，如地球動力學(xué)、海洋大地測量學(xué)、天文學(xué)、地球物理勘探、資源勘察、航空與衛(wèi)星遙感、工程測量及工程變形監(jiān)測、運(yùn)動目標(biāo)的測速以及精密時間傳遞等方面的廣泛應(yīng)用，充分顯示了這一定位技術(shù)的高精度與高效益。

近年來，GPS精密定位技術(shù)在我國也得到蓬勃發(fā)展。在我國大地測量、精密工程測量、地殼運(yùn)動監(jiān)測、資源勘察和城市控制網(wǎng)的改善方面的應(yīng)用及其所取得的成功經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步展示了GPS精密定位技術(shù)的顯著優(yōu)越性和巨大潛力。

隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的快速發(fā)展，RTK（Real Time Kinematic）測量技術(shù)也日益成熟，RTK測量技術(shù)逐步在測繪中得到應(yīng)用。RTK測量技術(shù)因其精度高、實(shí)時性和高效性，使得其在工程測量中的應(yīng)用越來越廣。

1 RTK技術(shù)概述

實(shí)時動態(tài)（RTK）測量系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測量技術(shù)中的一個新突破。

RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實(shí)時差分GPS測量技術(shù)，其基本思想是：在基準(zhǔn)站上設(shè)置1臺GPS接收機(jī)，對所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時地發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實(shí)時地解算整周模糊度未知數(shù)并計算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。

RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。

1.1 RTK的組成概況

RTK-GPS系統(tǒng)由一個基準(zhǔn)站，若干個流動站及通訊系統(tǒng)三部分組成?；鶞?zhǔn)站包括GPS接收機(jī)，GPS天線，無線電通訊發(fā)射設(shè)備，供GPS接收機(jī)和無線電通訊設(shè)備使用的電源及其基準(zhǔn)站控制器等部分。在有的RTK-GPS系統(tǒng)中，基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)本身具有數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)、測量參數(shù)及坐標(biāo)系統(tǒng)等內(nèi)容的設(shè)置功能，使控制器與GPS接收機(jī)合為一體。

一個流動站由以下部分組成：GPS天線，GPS接收機(jī)，電源，無線電通訊接收設(shè)備及流動站顯示控制器。

1.2 RTK的原理

對于靜態(tài)測量，GPS系統(tǒng)需要兩臺或兩臺以上接收機(jī)同步觀測，記錄的數(shù)據(jù)用軟件進(jìn)行事后處理（Post Processing），可得兩測站間精密的WGS-84基線向量。然后經(jīng)平差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等工作，才能最終得到未知的坐標(biāo)，現(xiàn)場無法求得坐標(biāo)結(jié)果，不具備實(shí)時性，因此靜態(tài)測量型GPS儀器很難直接應(yīng)用于具體的測繪工程。

差分GPS（DGPS）是近幾年內(nèi)出現(xiàn)的新技術(shù)，包括RTD和RTK兩種。其中RTD稱實(shí)時偽距差分或平滑偽距差分，在該差分系統(tǒng)中，GPS基準(zhǔn)站只傳送偽距校正值及其變化率。

現(xiàn)在RTD定位能達(dá)到米級精度。RTK稱實(shí)時動態(tài)載波相位差分。其設(shè)備是在兩臺靜態(tài)型測量儀器間加上一套無線電數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，將相對獨(dú)立的GPS信號接收系統(tǒng)連成一個有機(jī)整體。基準(zhǔn)站把接收到的所有衛(wèi)星信息（包括偽距和載波相位觀測值）和基準(zhǔn)站的一些信息（如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)、天線高等）都通過通訊系統(tǒng)傳送到流動站，流動站本身在接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時，也接收基準(zhǔn)站傳送的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，在流動站完成初始化后，把接收到的基準(zhǔn)站信息傳到控制器內(nèi)，并將基準(zhǔn)站的載波觀測信號與本身接收到的載波觀測信號進(jìn)行差分處理，即可實(shí)時求解得出兩站間的基線值，同時輸入相應(yīng)的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)，即實(shí)時求得實(shí)用的未知坐標(biāo)。因此要求GPS接收機(jī)要具備很強(qiáng)的運(yùn)算能力。一般來說，RTK系統(tǒng)可達(dá)厘米級的定位精度。

1.3 RTK的主要技術(shù)指標(biāo)

RTK作為新技術(shù)用于測量是對靜態(tài)CPS測量的有機(jī)補(bǔ)充，但對RTK測量的相關(guān)規(guī)范還沒有出臺，以下是結(jié)合實(shí)際情況所給出的技術(shù)指標(biāo)：

l.RTK測量時的儀器標(biāo)稱精度

平面：lem+lppm；高程：Zem+Zppm。

2.距離

建議工作距離：rokm；

最大工作距離：40km（有時需用大功率電臺

和中繼站的配合）

3.時間

RTK初始化時間：2一ro秒（好的測量條件）

RTK測量時間：2秒厘米級，20秒毫米級

3.1 RTK測量坐標(biāo)的系統(tǒng)管理

對于GPS測量其本身其本身運(yùn)作在WGS84地心坐標(biāo)系統(tǒng)下，但實(shí)際測量所面對的坐標(biāo)系統(tǒng)卻變化多樣，主要分兩種：1.基準(zhǔn)和坐標(biāo)系參數(shù)明確，可以確定兩個大地測量基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而通過鍵人該坐標(biāo)系的相關(guān)參數(shù)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，把測量的WGS84地心坐標(biāo)系統(tǒng)下的三維空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到該坐標(biāo)系下，根據(jù)基準(zhǔn)站所鍵人的坐標(biāo)和確定的投影計算流動站所測點(diǎn)的坐標(biāo)。

3.2基準(zhǔn)和坐標(biāo)系參數(shù)不明確，分兩種情況：

（l）知道該點(diǎn)的WGS84地心坐標(biāo)和該點(diǎn)的地方坐標(biāo)，通過一一鍵人來確定該控制點(diǎn)所控制范圍的轉(zhuǎn)換參數(shù)（至少三個已知點(diǎn)），通過這種方法所確定的轉(zhuǎn)換參數(shù)適用于該控制點(diǎn)所控制范圍，對該控制點(diǎn)無法控制范圍該轉(zhuǎn)換參數(shù)不適用，但該方法適用于任意坐標(biāo)系統(tǒng)，特別在建立工程控制網(wǎng)中得到了大量的應(yīng)用。

（2）只知道該點(diǎn)的地方坐標(biāo)，這時需利用RTK定位方法，以基準(zhǔn)站為起算位置，確定各控制點(diǎn)之間的位置關(guān)系，并實(shí)時測定該控制點(diǎn)的WGS84地心坐標(biāo)。在這種情況下，基準(zhǔn)站的大地坐標(biāo)是GPS自動測定的，利用控制點(diǎn)的兩套坐標(biāo)系WG吸拼地心坐標(biāo)（實(shí)時測定的）和地方坐標(biāo)求取換參數(shù)，然后根據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)求取基準(zhǔn)站的地方坐標(biāo)，并刷新地方坐標(biāo)為基準(zhǔn)站的假定坐標(biāo)，這時和（1）一樣了。

3.3RTK動態(tài)操作流程

3.3.1基準(zhǔn)站

連接儀器 （尤其注意一定保證電臺的連接正確后在加電）

新建任務(wù) （取文件名，選擇坐標(biāo)系，我們常用無投影無墓準(zhǔn)，在后面用3一4個已知點(diǎn)作校正）

輸入點(diǎn)校正 （平面至少兩個已知點(diǎn).最好三個，要高程需四個點(diǎn)。每個點(diǎn)應(yīng)具有84和54兩套坐標(biāo)）

對主機(jī)及其

電臺進(jìn)行設(shè)置（注意天線類型，無線電頻率）

啟動基準(zhǔn)站（觀察電臺有閃動證明已經(jīng)啟動）

3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)站

連接儀器

打開任務(wù) （選擇與基準(zhǔn)站同一個任務(wù)）

對主機(jī)及電臺 （注意天線類型，無線電頻率，看見手簿有電臺標(biāo)志表示收到無線電信號，等初始完行）設(shè)置

開始測量 （可選擇點(diǎn) 線）

放樣（可現(xiàn)場輸入，也可業(yè)內(nèi)鍵入要放的要素）

結(jié)束語：

人類進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的速猛發(fā)展，RTK技術(shù)的發(fā)展趨勢有：接收機(jī)小型化、增強(qiáng)抗樹林遮擋和抗電波干擾的能力、降低碼觀測值和載波相位觀測值的噪聲、精化誤差模型、生產(chǎn)接收雙星座和多星座的接收機(jī)、室內(nèi)實(shí)時定位等。

GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著非常重要的作用，是體現(xiàn)我國綜合國力的一個重要指標(biāo)，因此我們在今后要逐步實(shí)現(xiàn)GPS現(xiàn)代化—建立多個連續(xù)運(yùn)行參考站的衛(wèi)星定位系統(tǒng)即網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。