GPS-RTK测量技术在工程测绘中的应用

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工 程 技 术
０　引言
城市化发展推动了公路的建设进程，目前我国的公路运营里程数正在逐年增加，公路网密度也发生了很大的变化，但是按照公路网密度的等级评价标准来看，我国的公路网仍然存在短板，人均公路里程还是远远落后于发达国家。

公路建设不仅带动了国家经济的发展，也带来了科技的进步，其中以GPS 全球定位系统为基础的RTK 载波相位差分技术被广泛应用。

该技术具备多种先进功能，包含测量、卫星定位和无线电通讯等多种信息技术，精度高、效率高，对于测量压力大以及要求较高的公路工程非常实用[1]。

该文通过对GPS-RTK 技术的整体探讨，以海滨路工程为例，深入研究GPS-RTK 技术的实际测量应用效果。

１　ＧＰＳ控制网技术
传统的测量方式，在建立方位测量点时，需要点与点之间通视，而GPS 定位技术的应用中，则不要求控制点与点之间的可视。

公路工程线路长、面积广，在对地形测绘中，显然GPS 控制网技术要比传统测量要更加灵活适用。

GPS 控制网的布设方式多样，包含点连、边连、网连、边点混连、三角锁形、导线网形及星型布设等。

其中的三角锁型几何强度、可靠性及精度都比较高，在公路中应用的比较多。

GPS 控制网的精度依赖于非同步独立观测的边构成闭合环或复合线路，以此构成GPS 基准网，从而达到预期的测量目标[2]。

２　ＧＰＳ-ＲＴＫ构成及其原理２．１　ＧＰＳ-ＲＴＫ基本构成
GPS -RTK 系统主要由3部分构成：基站、流动站及通信系统。

基站又包括了GPS 接收机、GPS 天线、电源、控制器及无线电通信发射设备等；流动站包括无线电通信接收设备、电源、控制器、GPS 天线及接收机等设备。

２．２　ＧＰＳ-ＲＴＫ工作原理
GPS -RTK 技术系统具有绝对定位、相对定位以及差分定位3种定位模式，而在公路的地形测量设计中相对定位
原理被应用得更多，所以接下来对GPS -RTK 相对定位技术的工作原理进行阐述。

２．２．１　ＧＰＳ信号接收
系统中的基准站以及流动站都会通过GPS 接收机或者是无线电通信接收设备接收到GPS 所传输的信号数据。

基准站接收GPS 信号以及基准站参数，然后通过电台发射出所观测到的坐标及高程数据到流动站。

流动站同样也会接收流动站参数以及GPS 信号[3]。

２．２．２　参数转换
流动站接收到基准站传来的坐标和高程数据，以及自身接收的数据，系统将会对两站之间的实时基线进行解算，然后求出流动站的实时坐标数据，转换参数，最后进行坐标数据的转换形成流动站格网坐标。

２．２．３　用户端接收
系统中的无线电传输设备会将测得的坐标数据传送给用户端，并且能够通过用户端的内置组件接收GPS 数据，对数据进行实时的修正处理之后，将会计算出精度非常高的三维坐标，从而建立起GPS 基准网，准确地对公路的地形图实施测量和设计。

３　基于ＧＰＳ－ＲＴＫ技术的公路地形图测绘３．１　工程概况
海滨路新建工程位于上海市浦东新区，全程线路较长，分成2部分的阶段工程。

第一段工程起于北部东靖路，向南止于金海路；第二段工程北起规划六路，南至锦绣东路。

海滨路的建设将东靖路、金海路、规划六路以及锦绣东路等主要路段全部连接起来，打通了4条路段之间的相互联系，使当地的交通拥堵情况得到很好的缓解，有利于临港经济贸易区的建设，对浦东新区的经济格局有更好的帮助。

然而由于道路沿线的高层住宅以及商业楼等建筑遮挡较多，采用传统的公路测量方式测点通视性不好，于是采用GPS -RTK 技术对公路工程进行测绘，并探讨该技术在工程测绘中的实际应用效果。

３．２　建立测区平面控制网及高程测量
平面控制网以及高程测量是该项目测量中的一个难
GPS-RTK测量技术在工程测绘中的应用
李 明
（上海元易勘测设计有限公司，上海 201203）
摘 要：为了探讨GPS-RTK 测量技术在工程测绘中的应用的可靠性，以上海市浦东新区海滨路新建工程为该技术的应用研究案例，围绕GPS-RTK 测量技术进行了深入研究。

对该工程中的GPS-RTK 测量技术进行应用分析，探讨其构成及原理，并在海滨路工程实际公路地形图测绘中进行验证，提出有助提高该技术精度的有效措施。

该次测量，外业中使用的测量仪器以及操作方法全部符合标准，内业所得数据结果符合相关的测量规范，测量数据精度控制在标准值之内，满足规范要求，得出GPS-RTK 测量技术可以被应用在工程测绘中。

关键词：公路工程；地形图测绘；GPS-RTK 中图分类号：TB22 文献标志码：A
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工 程 技 术
点，采用快速静态测量的方法，利用上海CORS 参考基准站对图根进行控制测量。

误差不能大于±3 mm，天线标志的指向方向为正北方向，天线高度的测量精度应该在1 mm，需要在工程测量前后各测一次，以免出现太大的误差。

每一个控制点都要观测2个时段，每个时段要在10 s 以上，数据采样的时间间隔为5 s，2个时段测得的数据平面点位差要小于2 cm。

如果能够满足这些条件，可以取平均值数据作为控制结果。

对于平面控制测量的成果要求比较高，需要有不能少于10%的重复抽样检查，而且抽样检查的点数不能低于3个点，检测时测量仪器必须全部初始化，抽样检测数据与初次采集的数据差应该小于3 cm。

该工程一共测得平面控制点32个，而测量结果以及精度满足了相关的规范标准。

３．３　控制网平差结果分析
控制网的平差离不开测量区域内平面控制网的建立，对于控制网的平差结果的分析是为了能够及时发现GPS -RTK 技术应用中是否存在太大的误差，以便出现数据偏差及时调整。

对控制网平差结果的有效分析是保证测量数据精度的重要方式之一，在分析时也应该注意3个问题。

1）该工程对控制网中的32个控制点进行测量，如有个别点附和不良，则固定网中任意高程起算点，平差解算剩余点；如附和依旧不良，则是因为测量结果粗差较大所致。

2）在对公路的平面控制网布设过程中，起算点要根据实际道路的走向、道路中控制点的数量及分布情况合理选择分配，这样能保证分段平差中所需的起算点个数合理。

3）进行分段平差时，要及时的将各段的平差结果与上一段的平差结果进行比较，如果出现了比较大的误差，一定要准确调整，如果误差过大，超出了测量计算允许的范围，就要检查起算点是不是出现了问题。

对该工程的测量中，除了平面控制网的测量比较重要，容易出现粗差之外，其他测量过程也可能会有较大影响，下面这2个测量难点也可能对平面控制网的平差结果产生偏移。

1）对道路断面测量的外业测量。

按照道路设计要求选用的是中线号桩，每隔20 m 处设立一个中桩，在测量道路的中线桩号的平面位置及高程中，如果高程突然变化就需要在这个地方加设一个中桩，然后进行测量，并且根据相关的设计要求，利用纵断面格式得出道路纵断面的测量数据。

在横断面的测量中，横断面的直线间距及曲线间距都为20 m，横断面必须是整10 m 的桩号，测量宽度是规划道路中线两侧各20 m。

横断面的测量数据，应在路中心及车行道的边缘处都标高，而且标高要在道路地形起伏的地区加密标识。

对于这种野外的数据采集，要以控制网中的控制点为基本标准，利用GPS-RTK 技术测量平面位置，用电子水准仪测量出高程，最终得到道路断面点的平面及高程的准确数据。

2）绘制道路纵断面图形。

纵断面的图形要根据坐标图绘制，将里程桩作为图纸的横坐标，纵坐标为高程，比例尺根据道路的中线长度调整为合适比值，1∶200，最后在毫米为单位的方格纸上绘制纵断面图。

桩号间距仍然是20 m，在地势起伏出加密[4]。

以上这些测量要点都必须严格按照规定执行测量工作，该工程GPS -RTK 测量成果与静态观测成果差值符合规范要求，可见，GPS -RTK 技术只要严格按照规定的测量方法使用，完全可以应用到公路工程地形图的测绘当中。

４　提高ＧＰＳ-ＲＴＫ成果精度措施
通过测量数据的分析对比来看，该次公路工程中GPS -RTK 技术的测量结果符合标准，测量方式更为高效简便，可行性也比较高，但是由于该技术会受到测量仪器的测量误差、GPS 卫星状况以及电离层的一些外界因素干扰，对测量的结果造成影响，所以GPS -RTK 技术的实际准确性也就在95%～99%左右，相比于受外界干扰因素较小的全站仪和水准仪等传统测量手段，GPS -RTK 系统的测量精度还是相对较低的。

根据该工程中应用GPS -RTK 技术测量的实际问题，提出相关的措施提高GPS -RTK 测量的精确度，为GPS -RTK 在公路测绘中的广泛应用提供一定的参考。

４．１　ＧＰＳ-ＲＴＫ受卫星状况影响
GPS -RTK 系统的技术中心就在于GPS 全球定位系统的支撑，而GPS 系统由美国于1973年开发研制，系统的研发时间较早。

但是随着GPS 系统用户的不断增加，GPS 系统覆盖区域会出现一定的盲区，盲区中每天接收的信号可能会比较弱。

而且GPS 基站及通信基站如果是建立在室内或者被高层建筑遮挡，那么GPS 信号的接收速度也明显减缓，这也就导致了GPS -RTK 系统测量时会出现信号延迟，使数据出现误差。

为了降低卫星信号情况对于测量的影响，在使用GPS -RTK 技术进行公路地形测绘时，对所测区域的卫星信号接收状况要有所了解，是否是GPS 信号盲区，如果是盲区，就要知道盲区的时长及发生时段，以免在盲区时段进行测量工作。

４．２　ＧＰＳ－ＲＴＫ受电离层影响
大气中的电离层是被太阳高能辐射和宇宙线激励后形成的大气层，距离地面60 km 以上，电离层的大气全部是一种电离状态。

太阳的辐射程度越大，电离越强，对GPS -RTK 的信号接收干扰越大。

尤其是在12：00~13：40时间段内测量结果受到的影响最大，测量精度相对较低。

因此，在使用GPS -RT 测量时，应该避开中午太阳辐射最强的时间段，测量的精度会更高。

４．３　ＧＰＳ-ＲＴＫ受数据链电台传输信号及对空通视条
件的影响
通过工程测量作业的过程可以看出，通视条件不是很好的时候，GPS 的信号也会被阻挡，而且电台传输数据的信号也会明显降低。

在这种卫星信号及数据传输信号都比较差的条件下，GPS -RTK 测量数据的精度一定会降低。

为了减小数据链电台传输信号及通视条件对测量精度的影响，在设计平面控制网的时候，要选择通视性较好一些的控制点，如果能够避开崎岖的建筑及地形最好，以免对信号产生干扰，当然要保证不会加大工程量，否则就得不偿失了。

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生 产 与 安 全 技 术
在大空间建筑内设置能够全天候主动进行火灾监控，全方位主动射水灭火的智能消防灭火系统，能够更好的弥补传统灭火系统中存在的不足，提高整体的建筑消防安全水平。

近些年，自动消防炮（额定流量﹥16 L/s）、自动射流灭火装置（额定流量≦16 L/s）等具有智能探测和跟踪定位功能的灭火装置得到了广泛应用。

该文主要以ZDMS0.6/5S 智能高空消防水炮为例，分析大空间智能主动喷水灭火技术在建筑大空间中的应用。

１　大空间智能主动喷水灭火系统发展分析１．１　概念及优势
大空间智能主动喷水灭火系统，又叫自动跟踪定位射流灭火系统，是指利用红外线、数字图像或其他火灾探测组件对火、温度等的探测进行早期火灾的自动跟踪定位，并运用自动控制方式来实现灭火的各种室内外固定射流灭火系统。

其灭火装置以智能高空消防水炮（自动消防炮和自动射流灭火装置）为多见。

智能高空消防水炮集火灾探测与消防灭火于一体[1]
，
是将通信控制、信息处理、红外传感、机械传动和计算机等技术融合在一起的高智能化灭火装置。

它利用自然界的可燃物质在燃烧时所释放出的光谱射线为目标，采用特种红紫外探测系统在被保护的三维空间内进行全天候、全方位的巡回自动监测，发生火灾后报警并自动扫描的定位，并通过中央控制器下达灭火指令实施灭火操作。

相对于普通自动喷水灭火系统，智能高空消防水炮灭火系统具有早期火灾智能探测，扑救及时、射水流量大、保护范围广和灭火效率高等特点，属于使用比较广泛的智能消防灭火技术，常应用于会展中心、机场等高度大于8 m 的大空间场所。

１．２　发展分析
智能高空消防水炮技术应用十分广泛，近些年对智能高空水炮的研究也越来越深入。

日本已经开发了低、中、高三级高空水炮产品，不同等级的高空水炮满足不同的建筑消防需求。

但是日本高空水炮造价相对较高，并不利于在我国推广应用。

我国独自开发研制的大空间智能型主动喷水灭火系统及配套产品的出现，改变了我国在消防喷水灭火技术方面，长期以来一直模仿及参照外国系统、技术及
大空间智能主动喷水灭火技术
在建筑中的应用
纪永红
（青岛市消防救援支队，山东 青岛 266071）
摘　要：随着经济的不断发展，大空间建筑的数量不断上升。

大空间建筑中火势蔓延迅速、烟雾大、扑救难度大、坍塌速度快，如果没有设置有效的灭火系统，极易造成二次灾害，导致人员伤亡和重大财产损失。

因此加强大空间建筑智能主动喷水灭火技术研究与应用，对于提升建筑消防质量，保障大众生命财产安全等具有重要意义。

关键词：消防；高空消防水炮；自动射流；灭火中图分类号：D631 文献标志码： A ５　结语
该文通过对GPS—RTK 技术在公路工程测绘中的应用进行详细的分析，介绍了GPS 控制网的布设方式，阐述了GPS—RTK 技术的构成以及工作原理，通过实际公路工程测量的应用举例分析，同时提出增强测量精度的有效方式，最后得出结论：在测量内业及外业100%自查的前提下，外业的工作流程符合要求，仪器的准确度经过检定符合标准，外业人员对测量仪器的操作符合操作规范，内业的全部数据准确。

根据《1∶5001∶10001∶2000数字化地形测量规范》（DGTJ08-86-2010）及《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》（CH/T2009―2010）等相关测量规定，该次工程针对1∶500地形测量中，主要地物点平面小于5 cm，高程精度小于2 cm，断面点高程采用水准测量，
硬化路面高程精度1 cm，得出本次公路工程的测量结果满足数字化地形测量规范标准，GPS—RTK 测量技术在公路工程测绘中具有较大的可行性。

参考文献
[1]刘浩.GPS-RTK 测量技术在工程测绘中的应用和特点分析[J].智能城市，2019， 5（8）：70-71.
[2]唐俊.GPS-RTK 测量技术在测量工程中的应用分析[J].科学与信息化， 2019（17）：12，17.
[3]刘杰.GPS-RTK 测量技术在测量工程中的应用[J].房地产导刊， 2019（23）：255..
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