工程勘察測繪中GPS PTK測繪技術(shù)的應用探析

劉 強

壽光市測繪有限公司

伴隨GPS系統(tǒng)不斷升級，GPS-RTK測繪技術(shù)在工程勘察方面的實踐應用價值逐步突顯。GPS-RTK測繪技術(shù)本身的定位精準度較高，使其在測繪應用方面具有極佳的應用效果。本文將進一步探討GPS-RTK測繪技術(shù)在工程勘察測繪中的應用，并對其做相應的整理和總結(jié)。

1 GPS PTK系統(tǒng)的基本配置和特點

GPS PTK系統(tǒng)的基本設(shè)計和配置主要有三個方面。其一，基準站?；鶞收局饕蒅PS雙（單）頻接收機、GPS天線、數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送電臺、供應網(wǎng)、電源、腳手架等幾個大部分共同構(gòu)成。其二，流動點。流動站由GPS雙（單）頻道接收機、GPS天線、數(shù)據(jù)采集接收電臺、供應網(wǎng)、電源、手控器、對中桿等部件組成[1]。其三，支持GPS PTK的軟件處理系統(tǒng)。

基準觀測站的衛(wèi)星接收器一般安裝在一個已知坐標點上，或者是特定衛(wèi)星點位上。接收器得到的所有信號，可用來反饋衛(wèi)星坐標信號并確定位置。將衛(wèi)星檢測器收到的GPS信號數(shù)據(jù)，與觀測坐標、觀察平均值、衛(wèi)星信息追蹤的運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)連接，最終獲得地理信息全貌[2]。

2 GPS PTK系統(tǒng)的作業(yè)過程

2.1 收集測區(qū)的控制點資料

任何一個測量項目在進入監(jiān)視測區(qū)時，一定需要首先采取收集監(jiān)視測區(qū)的控制點數(shù)據(jù)，其中包含了控制點的坐標、級別、中心子午線、坐標體系，其信號源是否屬于常規(guī)的控制網(wǎng)或GPS控制網(wǎng)，相關(guān)控制點的位置及其所處的環(huán)境是否合理，等等。上述控制點，都適用于動態(tài)布控GPS監(jiān)視基準電臺，加強收集測區(qū)的控制點資料的準確性。

2.2 求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)

GPS PTK測量主要定位是在一個坐標系中直接獨立進行的，而在一些復雜工況的定位測量中，其定位則主要是在北京坐標，或者單獨的一個坐標上直接獨立進行的。這中間還可能存在其他坐標定位變換的相關(guān)問題[3]。GPS PTK在靜態(tài)坐標測量中，坐標系的變換通常是在事后自動處理時態(tài)下才能正常進行。而GPS PTK則被廣泛應用于現(xiàn)場實時定位檢測，要求即刻給出本地的實時具體位置和地理坐標。在計算轉(zhuǎn)換參數(shù)時需要滿足兩個基本條件。

一方面，選擇已知檢測點盡可能在被精確檢測的地區(qū)四周，與區(qū)域中心均勻橫向分布，并且用戶可以隨時對測量地區(qū)范圍進行有效的控制。如果被系統(tǒng)選擇為高精度檢測控制區(qū)域的其中一端，則系統(tǒng)應該通過計算可以得到滿足系統(tǒng)給定檢測的精度標準，并確定所需要求的精度控制區(qū)域范圍。

另一方面，為了大大提高系統(tǒng)設(shè)計的轉(zhuǎn)化精度，最好通過篩選3個以上的轉(zhuǎn)化節(jié)點，并綜合運用最小二進位數(shù)的乘法函數(shù)來快速求解，最終獲得節(jié)點轉(zhuǎn)化后的參數(shù)。為了保證多次校驗計算結(jié)果的正確性，轉(zhuǎn)換處理參數(shù)和校驗計算的數(shù)據(jù)正確性時，還需要對觀測點進行多次核算，可以選用幾個計算接口，在不同時間進行校驗計算。而接口帶入的計算公式則認為數(shù)值正確，起到了多次校驗的重要作用。經(jīng)過多次校驗轉(zhuǎn)換后，所需要滿足的校驗轉(zhuǎn)換計算參數(shù)，可以認為是完全可靠的。

2.3 選定并建立參考站

建立一個衛(wèi)星參考觀測站，通常需要同時具備以下幾個條件。對于一些地勢不明顯的地形障礙物和其他主觀因素有可能造成的干擾，必須逐一排查。連續(xù)時間內(nèi)收集觀測到的所有衛(wèi)星可視點測量到的信號情況，均可作為傳輸通信數(shù)據(jù)，并以此作為衛(wèi)星測量站點坐標、觀察點數(shù)值、衛(wèi)星信號追蹤等方面的運行條件。衛(wèi)星信號接收裝置，在正常運行狀態(tài)下，以三維圖像的各種形式，實時傳輸?shù)矫總€流動站的獨立自動手控器上[4]。接收機也同樣可以將主機實時數(shù)值位置和主機設(shè)計的數(shù)值位置進行比較，指導主機放樣至正確的設(shè)計測量位置的參考值。

2.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

GPS PTK數(shù)據(jù)處理方法相對于靜態(tài)測量方法更為簡易。外業(yè)測量器可以是一個用來記錄實測的坐標，或者是用來記錄從接收器輸出的各種數(shù)據(jù)格式。實時動態(tài)差分在該軟件體系中，提供了一個具有點位、軌道實時放大縮小的漫游功能模擬圖像，可以按照不同的建筑工程測量需求，實時輸出各種類型的坐標數(shù)據(jù)信息格式。

3 GPS PTK測繪技術(shù)在工程勘察測繪中的應用策略

3.1 前期準備

地質(zhì)勘探基本上都是野外施工，因此在野外運用該技術(shù)來進行地質(zhì)勘探測量之前，一定要事先準備好各種工具，對所要測量的地點和區(qū)域進行實際考察和分析研究，并切實做好所有的高程信息搜集和整理工作。一般來說，基準站的每一個數(shù)據(jù)采樣頻率可以設(shè)置為4—5秒，流動站每一個數(shù)據(jù)采樣的頻率一般都是1—2秒，截止頻率也需要設(shè)置為10度以內(nèi)。同時在流動站的基準點內(nèi)，還需要對各個控制點的位置和坐標輸出信號進行科學控制，在進行實際測量之前，需要對流動站的各種儀器設(shè)備參數(shù)進行相應的設(shè)置，確保各組數(shù)據(jù)保持一致。

3.2 控制測量

在進行地質(zhì)勘探的工程中，控制網(wǎng)絡(luò)的測量是工程建設(shè)、管理以及其運行和維修的重要前提和依據(jù)，控制網(wǎng)絡(luò)的測量網(wǎng)型與精度，必然要和整個工程計劃項目的特征性質(zhì)，以及其規(guī)模具體性有著很好的緊密關(guān)聯(lián)。一般工程控制網(wǎng)點所涵蓋的區(qū)域面積相對較小、點位密度相對較大且測量精度的要求相對較高，這樣在充分利用傳統(tǒng)的測量手段時就很容易出現(xiàn)一定的錯誤，也會嚴重影響測量的效率，而且需要充分考慮 GPS PTK技術(shù)的適應性，需要在被測量的區(qū)域范圍內(nèi)不斷完善信息覆蓋面，或者在附近的低等級控制點內(nèi)部設(shè)置一個基準站，利用流動式網(wǎng)絡(luò)便可完成正常測量控制點的信息收集。面坐標與高程方面，并不容易在基準車站上設(shè)置相應的控制點，可以選擇間接的方式來進行測量。這個步驟中所應用的GPS PTK技術(shù)，能夠有效地確保測量精度已經(jīng)達到毫米級別。

3.3 細部測量

GPS PTK技術(shù)已經(jīng)能夠廣泛地應用于各種地形圖測繪、土壤地質(zhì)學測量以及各種平面位置的施工放樣等測試工作中，并能夠取得良好的測量結(jié)果。在采用傳統(tǒng)的測量手段和方法來進行測量的過程中，需要對控制點進行布設(shè)，并根據(jù)實際測量的需要來規(guī)定每一個測站與各個測量點之間都要實現(xiàn)無線通視，這樣會導致需要兩三個人同時進行測量，影響測量的質(zhì)量和效率，也不能夠大幅度地提升測量的精確性。而在微型細部測量中采用GPS PTK技術(shù)，既可以省略控制點的分配和布設(shè)環(huán)節(jié)，也有利于為微型測量節(jié)約大量的人力資源，在微型測量時只是需要一組人將自己的測量儀器安裝在被檢測的碎部點上，停留1—2秒，測量者也可以根據(jù)便攜式風險事故危機的記錄儀器來分析自己所需要的測量數(shù)據(jù)。行為記錄在點位的準確性和精度都能夠滿足所有測量條件要求的前提下，通過自己專門的測地圖軟件就能夠直接達到預期的地形圖。

3.4 放樣操作

在放樣的工作過程中，我們所采用的GPS PTK技術(shù)，只是根據(jù)自己的特殊情況來設(shè)計，例如將放樣的起點和終端的坐標、半徑以及曲線的轉(zhuǎn)角等輸入至GPS PTK的外業(yè)控制器中，這樣就有了一個簡單的放樣工作。同時在這一過程中又能夠隨時進行互換放樣數(shù)值，最大限度地降低誤差，直到誤差值保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。其中需要特別注意的一點是，由于每一個點位的測量都是獨立進行和完成的，因此不會在測量時出現(xiàn)任何累積的誤差，且各放樣點的測量精度基本保持相同。除此之外，當GPS PTK的實際作業(yè)半徑已經(jīng)超過了其他設(shè)備所能夠承擔的測量范圍后，測量的結(jié)果就可能會與設(shè)備產(chǎn)生一定的誤差，因此可以說該項檢測技術(shù)的實際操作半徑需要比設(shè)備所標稱的半徑還要小，這一點在實際測量的過程中需要引起高度的重視，避免出現(xiàn)測量誤差，影響測量數(shù)據(jù)的精準度。

4 結(jié)語

綜上所述，GPS PTK系統(tǒng)的作業(yè)過程，主要是收集測區(qū)的控制點資料，求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)，在選定并建立參考站之后，對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)進行處理。工程勘察測繪中GPS PTK測繪技術(shù)的應用策略，需要做好前期準備和測量控制，同時對細部測量和放樣操作加以優(yōu)化，從而發(fā)揮出GPS PTK測繪技術(shù)的優(yōu)勢，提高工程測繪質(zhì)量和水平。