摘要:隨著我國經濟的不斷發展，人民生活的不斷提高，我國現代科技也在快速的發展，GPS 技術的應用越來越廣泛，本文結合作者多年工作經驗，針對GPS PTK的測量特點及測量技術，進行了簡要的分析，以供參考;

　　關鍵詞: 工程測量;GPS;應用;

　　0 前言

　　全球定位系統(Global Positioning System)是由美國國防部聯合美國海、陸、空三軍為滿足其軍事導航定位而建立的無線電導航定位系統。其系統從1973年開始研究，到1993年完成全部衛星組網工作。該系統由24顆衛星組成，衛星分布在相隔60°的6個軌道面上，衛星軌道的長半軸為26609km, 軌道傾角55°，衛星高度20230km，衛星運行周期718min，此軌道參數能保證衛星信號覆蓋地面面積38%,這樣在地球上任何地點、任何時間都可以接收至少4顆衛星運行定位。對于我們所熟知的GPS，可以說它是測量史上的一次變革，它為我們提供了全天候、高精度、高效率的測量方法。但是GPS也有它自己的不足之處，比如說作業時間長、數據要進行內業處理等。對于工程測量來說，工程放樣是必不可少的，一個較大的工程建設，含有大量的工程放樣工作，放樣質量的好壞直接影響到工程建設的質量，能否高質量、高效率地完成放樣工作是我們亟待解決的問題，而工程放樣中的最基本的放樣就是點放樣。

　　放樣就是要求通過一定方法采用一定儀器把人為設計好的點位在實地給標定出來，過去采用的常規放樣方法很多，如經緯儀交會放樣、全站儀的邊角放樣等等，一般要放樣出一個設計點位時，往往需要來回移動目標，而且要2-3人配合操作。同時在放樣過程中還要求點間通視情況良好，有時放樣中遇到困難的情況會借助于很多方法才能實現，在生產應用上效率不是很高。如果采用RTK 技術放樣時，僅需把設計好的點位坐標輸入到電子手簿中，拿著GPS接收機，它會提醒你走到要放樣點的位置，既迅速又方便，由于RTK 是通過坐標來直接放樣的，精度很高也很均勻，因而在外業放樣中效率會大大提高，且只需一個人操作。RTK工程放樣與“經緯儀加鋼尺”或“全站儀”放樣相比，可以說是工程放樣的一次深遠的測量革命，它具有作業簡便、直觀、高效等諸多優點。

　　1、GPS RTK測量技術及原理

　　GPS RTK即實時動態衛星全球定位技術的簡稱，它是通過一臺基準站和若干臺移動站組成的測量系統，基準站和移動站之間使用無線數據鏈進行連接。移動站以基準站的已知數據獲得改正參數，基準站和移動站同時接收衛星信號得到測量數據，基準站同時又把測量修正參數通過無線數據鏈傳送給移動站，使移動站測量數據得到改正而獲得所需要的測量成果，這樣移動站就可以實時、方便、快捷地進行各種測量工作。GPS RTK數據處理實際上是基準站和移動站之間的單基線處理過程。

　　RTK 工作原理是：利用2 臺以上GPS 接收機同時接收衛星信號，其中一臺接收機在已知高等級點上(基準站)安置，對所有可見衛星進行連續的觀測，并將其觀測數據和測站信息，通過無線電傳輸設備，實時地發送給移動站，即未知點上的另一臺GPS 接收機。移動站GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線接收設備，接收基準站傳輸的數據，然后根據載波相位差分技術的原理，實時解算出移動站的三維坐標及其精度，實現實施高精度定位。

　　2、公路工程中應用GPS RTK測量技術

　　2.1 控制點加密的測量

　　在首級控制網的基礎上，為滿足地形圖及斷面等測量的需要，必須進行加密控制點的測量。而公路工程多位于偏遠地區，已知高等級控制點較少，常規的控制測量方法是測距儀導線，測量精度受到很多條件限制，且工作量大。而用GPS RTK加密測量控制點則很簡單，只需在測區10km范圍內有3 個以上且包含測區的高等級測量控制點即可，操作簡單方便，平均每天可測量30~40個加密控制點，效率較高。

　　2.2 施工放樣測量

　　利用RTK 隨機軟件中放樣的功能進行點、直線、曲線放樣功能，進行施工放樣測量。輸入設計好的已知坐標作為參考點和目標點，移動站實地所在位置的坐標作為修正點，電子手簿屏幕上的圖形顯示出實地待定點相對于目標點所偏移的距離，按照指示移動移動站，直到滿足所要求的精度。

　　2.3 數字化地形圖測量

　　利用RTK 快速定位和實時得到坐標結果的特點，在一定的測量環境中可以進行地形測量。地形點的測量可以在數據采集的功能下進行，也可以根據現場地形的實際情況進行測量設定，采集完的地形點經過成圖處理，生成數字化管道地形圖。地形點的采集可以單人作業，極大地節約了人力和時間。

　　3、RTK的誤差來源與受限因素分析

　　3.1 主要誤差來源

　　GPS RTK的誤差一般可分為三類：

　　(1)與GPS衛星和RTK儀器有關的誤差：包括GPS衛星軌道誤差、鐘誤差、RTK天線相位中心變化等。

　　(2)與信號傳播有關的誤差：包括大氣延遲誤差(即電離層誤差)、對流層誤差、多路徑效應誤差、信號干擾誤差等。

　　(3)與操作人員有關的誤差：包括基準站誤差、轉換參數引起的誤差、基準站與移動站之間的距離、基準站與移動站操作人員(數據鏈)誤差等。

　　3.2 受限因素分析

　　3.2.1 受衛星狀況限制

　　當衛星系統位置對美國是最佳的時候，世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛星所覆蓋，容易產生假值。另外，在高山峽谷深處、密集森林區或城市高樓密布區，衛星信號被遮擋時間較長，使一天中可作業時間受限制。產生假值問題采用RTK 測量成果的質量控制方法可以發現。作業時間受限制可由選擇作業時間或加密控制點等來解決。

　　3.2.2 空間環境影響

　　白天中午，受電離層干擾大，共用衛星數少，常接受不到5 顆衛星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。在某市郊區，我們做過試驗，在同樣的條件和同樣的地點上進行RTK 測量，上午11：00之前和下午3：30之后，RTK測量結果準而快，而中午時分，很難進行RTK測量。可見選擇作業時段的重要性。另外為了削弱電磁波輻射干擾作用，選點時應遠離干擾源，如離無線臺發射塔200m外。

　　3.2.3 作業半徑比標稱距離小的問題

　　RTK數據鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響測量精度和作業半徑。在地形起伏高差較大的山區和城鎮密樓區數據鏈傳輸信號受到限制。另外，當RTK作業半徑超過一定距離(一般為幾公里，每種機型在不同的環境又各不相同)時，測量結果誤差超限，所以RTK 的實際作業有效半徑比其標稱半徑要小很多，工程實踐和專門研究都證明了這一點。解決這類問題的有效辦法是把基準站布設在測區中央的最高點上。

　　3.2.4 初始化能力和所需時間問題

　　在山區、一般林區、城鎮密樓區等地作業時，GPS 衛星信號被阻擋機會較多。容易造成失鎖，采用RTK作業時有時需要經常重新初始化。這樣測量的精度和效率都受影響。解決這類問題的辦法主要是選用初始化能力強、所需時間短的RTK機型。

　　3.2.5 高程異常問題

　　RTK作業模式要求高程的轉換必須精確，但我國現有的高程異常圖在有些地區，尤其是山區，存在較大誤差，在有些地區還是空白，這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得相當困難，精度也不均勻。局部地區(特別是礦區)受地球磁場的影響，還存在高程異常突變的問題。

　　4、RTK的局限性和精度保障

　　當然RTK 也有其局限性，會影響到執行上述測量任務的能力。了解其局限性可確保RTK測量成功。

　　最主要的局限性其實不在于RTK 本身，而是源于整個GPS 系統。如前所述，GPS 依靠的是接收兩萬多公里高空的衛星發射來的無線電信號。相對而言，這些信號頻率高、信號弱，不易穿透可能阻擋衛星和GPS接收機之間視線的障礙物。事實上，存在于GPS接收機和衛星之間路徑上的任何物體都會對系統的操作產生不良影響。有些物體如房屋，會完全屏蔽衛星信號。因此, GPS不能在室內使用。同樣原因, GPS也不能在隧道內或水下使用。有些物體如樹木會部分阻擋、反射或折射信號。GPS信號的接收在樹林茂密的地區會很差。樹林中有時會有足夠的信號來計算概略位置，但信號清晰度難以達到厘米水平的精確定位。因此，RTK在林區作業有一定的局限性。這并不是說，GPS RTK只適用于四周對空開闊的地區。RTK測量在部分障礙的地區也可以是有效而精確的。其奧秘是能觀測到足夠的衛星來精確可靠地實現定位。在任何時間、任何地區，都可能會有7 到10 顆GPS衛星可用于RTK測量。RTK系統的工作并不需要這么多顆衛星。如果天空中有5顆適當分布的衛星，就可作精確可靠的定位。有部分障礙的地點只要可以觀測到至少5顆衛星，就有可能做RTK測量。

　　5、提高RTK測量成果質量的措施

　　(1)已知點檢核比較法。在布設控制網時用靜態GPS或全站儀多測出一些控制點，然后用RTK 測出這些控制點的坐標進行比較檢核，發現問題即采取措施改正。

　　(2)重測比較法。每次初始化成功后，先重測l～2個已測過的RTK點或高精度控制點，確認無誤后才進行RTK測量。

　　(3)電臺變頻實時檢測法。在測區內建立2 個以上基準站，每個基準站采用不同的頻率發送改正數據，移動站用變頻開關選擇性地分別接收每個基準站的改正數據從而得到2 個以上解算結果，比較這些結果就可判斷其質量高低。

　　6、結束語

　　目前，GPS RTK技術已經滲入到國民經濟和社會生活的各個方面，并且正在發揮著越來越重要的作用。雖然RTK的系統是現代測量的最新成果，但它應有不足之處，了解了RTK 的局限性，使我們知道了對于一些測量RTK也是受到限制的。本文就RTK在公路工程測量應用方面的技術問題進行了闡述，希望對正在進行這項工作的一線技術人員有所幫助。

　　參考文獻

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