GPS RTK测量关键技术分析及在辽阳某工业区测量案例研究

GPS RTK测量关键技术分析及在辽阳某工业区测量案例研究
摘要:本文基于笔者多年从事工程测量的相关工作经验,以基于GPS RTK的工程测量技术为研究对象,以笔者曾经参与的辽阳市某工程测量项目为研究背景,探讨了基于GPS RTK的工程测量施测步骤,分析了其中涉及的关键技术,进而结合案例给出了具体的执行思路和方法,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对同行有所裨益。

关键词:GPS RTK 工程测量城市应用
1 实时差分GPS测量技术
差分GPS(DGPS)是最近几年发展起来的一种新的测量方法。

实时动态(Real Time Kinematic简称RTK)测量技术,也称载波相位差分技术,是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术,它是GPS 测量技术发展中的一个新突破。

实时动态测量的基本思想是,在基准站上安置一台GPS接收机,对所有可见GPS卫星进行连续地观测,并将其观测数据,通过无线电传输设备,实时地发送给用户观测站。

在流动站上,GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。

2 工程测量施测步骤与关键技术探讨
2.1 内业准备
在实施RTK外业测量前,应事先收集测区的小比例尺地形图,必要时进行野外踏勘,根据工程测量的特点完成内业的准备工作。

主要包括以下几方面的内容。

工程测量是在地方独立坐标系上进行的,这就存在WGS-84坐标和地方独立坐标系的坐标转换问题。

由于RTK作业要求实时给出当地坐标,这使得坐标转换工作非常重要。

根据总体规划和工程需要,求定测区转换参数可按如下步骤进行:首先在测区以GPS静态方式布设均匀分布的高等级GPS控制点,获得各点的WGS-84坐标和地方坐标系下的坐标,利用同一点的两种坐标求出转换参数。

注意,为提高转换参数的可靠性,最好选用4个以上的点进行观测和求解,这样可通过多种点的匹配方案,检验转换参数的正确性及精度。

2.3 基准站的选定原则
数据传输系统由基准站发射电台和流动站接收电台组成,它们是实时动态测量的关键设备。

稳定可靠的数据链是动态初始化的前提。

保持高质量的数据传输,可以减少整周模糊度的解算时间,大大提高主作效率,所以基准站的安置是顺利实施RTK作业的关键之一,基准站安置应满足下列条件。

(1)基准站可设立在有精确坐标的已知点上,也可设在未知点上(最好设在已知点上)。

(2)基准站安置应选择地势较高、视空无遮挡、电台有良好覆盖域的地方,工程测量首选测区高大建筑物上。

(3)为防止数据链的丢失和多路径效应,基准站周围应无GPS信号反射物(大型停车场、大型建筑物、车辆拥挤的街区等),200m范围内无高压电线、电视台、无线电发射台等干扰源。

2.4 RTK施测步骤
野外作业时,基准站安置在选定的控制点上,打开接收机输人点号、天线高、WGS-84的已知坐标；设置完毕检查接收的GPS卫星数≥5颗。

检查电台发射指示灯是否正常,基准站设置完成。

流动站选择与基准站电台相匹配的电台频率,检查电台接收指示灯是否正常,检查接收卫星颗数)4颗,流动站可开始测量任务。

先联测1～2个已知控制点,评定测量精度,满足设计要求后开始测量任务。

实时动态RTK数据处理相对简单,外业测量采集的实测坐标通过手簿的数据传输系统,直接下载到计算机内。

经整理、分类、判断形成文件后直接打印出来。

3 RTK测量要点
RTK技术在工程测量中有广阔的应用前景,但是由于城市特殊的环境,存在诸多的不利于RTK作业的因素,诸如强大的无线电网络、高大的建筑物、繁忙的交通等。

在大量的实践应用中,我们发现了测量
过程中的许多问题,经过认真的分析,主要有以下几方面原因。

(1)由于实时动态RTK的测量与卫星分布以及数据链的性能有关,而且各观测值都是独立观测的,所以应在开始观测前联测其他已知点进行对比,以确定基准站和流动站各参数设置是否正确,以及数据链通讯是否正常。

在观测一段时间或仪器失锁以及观测结束前都进行这一检测,这样可以有效地判断仪器是否处于正常状态,从而确保观测成果的可靠性。

(2)为提高观测成果的精度,流动站宜采用带支架的对中杆,这样流动站天线稳定性好、对中整平误差小,同时在采集数据时应等待数据跳动变化在设计要求实时采集。

(3)RTK作业时,有时会出现数据链不稳定的现象。

可能是由于流动站附近存在与电台频率相同的外界无线电,干扰了数据的传输。

这时应通知基准站测量人员重新选择电台发射频率,流动站也重新选择接收频率；也可能是电台的电量不足,应及时充电。

4 工程测量应用案例
4.1 测区概况
某工业园是辽阳市规划建设的新区之一,是今后几年辽阳市城市基础建设的重点地区。

该测区地势相对平缓,高大建筑物较少,对视空影响不大。

除个别地方外对RTK作业无大的影响。

4.2 确定转换参数
为保证转换参数的精度,共加进5个高等级GPS控制点(A,B,C,D,E),通过多种点的匹配方案,选择残差较少、精度较高的一组参数为最终启用参数。

如表1,2,3所示。

4.3 工程应用及定位精度比较分析
(1)工程控制测量和放样测量均采用RTK作业。

对同一观测点在不同时间段进行重复RTK测量,坐标较差比较见表2；相邻观测点间全站仪实测距离和RTK实测距离进行抽样检查,结果见表3。

由于采用了残差较小的参数控制文件,正式工作之前检测已知点,观测时利用带对中杆的三角支架作业,提高了观测精度。

(2)测区位于辽阳市东南方向,测区地势平坦,多路径效应小,大车路纵横交错,交通极为便利,适合RTK作业。

重复测量同观测点的坐标较差统计表,见表4；相邻观测点间全站仪实测和RTK实测距离抽样检查,见表5。

根据工作应用来看,RTK作业既可以实时提供点位坐标和高程,又可实时知道测量点位精度,能够极大地提高工作效率。

只要在作业过程中加强检核、采用对中误差较小的支架、远离无线电发射电台、避免多路经效应,RTK测量完全能够满足城市建设的需要。

5 结语
RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后,测量领域又一次技术革命。

它改变了传统的测量模式,能够实时提供厘米级定位精度,在不通视的条件下远距离传输三维坐标。

应用于工程测量中,RTK能够快速准确的布设导线网,弥补由于城市日星月异的发展造成的低等级导线点的毁坏,减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。

RTK测量需要的测量人员少、作业时间短,工作效率高,并且RTK测量成果都是独立观测值,不会像常规测量造成误差积累。

当然,RTK技术快速、灵活的作业方式有赖于足够的卫星数、稳健的数据链、较小的多路径效应等外界条件,在城市环境下更显得突出,有时会出现无法正常作业的情况,这就需要不断完善RTK技术,探讨先进作业方式。

随着RTK技术的日趋成熟,必将更好地服务于工程测量。

参考文献
[1] 沈学标.工程测量专业发展的探讨[J].现代测绘,1996(4):37～38.
[2] 21世纪我国工程测量技术发展研讨会会议纪要[J].北京测绘,2001(4):45.。