刍议地质工程测量中GPS RTK技术

发布时间：2014-03-01所属分类：计算机职称论文浏览：1次

摘 要： GPS RTK即实时动态卫星全球定位技术的简称,它是通过一台基准站和若干台移动站组成的测量系统,基准站和移动站之间使用无线数据链进行连接。本文分析了 GPS RTK 技术在工程测量中的应用，其次，就 GPS RTK 技术在工程测量中处理数据方法和GPS RTK 技术在工程测

　　摘 要：GPS RTK即实时动态卫星全球定位技术的简称,它是通过一台基准站和若干台移动站组成的测量系统,基准站和移动站之间使用无线数据链进行连接。本文分析了 GPS RTK 技术在工程测量中的应用，其次，就 GPS RTK 技术在工程测量中处理数据方法和GPS RTK 技术在工程测量中应用的优点进行了简单的分析和探讨，仅供同行业朋友参考。

　　关键词： 地质工程;测量;GPS RTK

　　引言：随着现代测量技术的科技含量越来越高，到现在地质测量领域的应用也越来越广泛。RTK(Real Time Kinematic)，即实时动态卫星全球定位。RTK由一台基准站和若干移动站组成，基准站和移动站在同时接受卫星实时测量数据的同时，基准站还通过二者之间的无线连接把修正过的数据传输给移动站，以便移动站得到更准确的测量数据。测量技术是GPS 卫星定位中最新科学技术，通过载波相位动态实时差分方法，来确保野外测量达到厘米的精确度，大大提高了测量数据的精确性。RTK 测量技术作为 GPS 地质测量的里程碑，为其工程放样、地图测绘等多个作业带来了便利，极大的提高了作业精确度和效率。

　　一、 GPS RTK 技术在工程测量中的应用

　　1. GPS 技术在地质工程测量中的应用 地质工程测量由于作业环境限制，有着强度大，效率低，周期长的特点，因此需要先进设备仪器辅助作业。传统的辅助仪器以电子全站仪应用最为广泛，但是仍然不能满足地质工程测量的强度需要，科技含量更高的设备仪器和技术需求迫在眉睫。而 GPS 在地质测量行业的运用，大大缓解了这一问题。GPS 定位技术不受地质测量作业环境的影响，无严格的控制测量等级之分，无需造标，不必考虑测点间横向通视问题，且更为重要的是误差小。相对于传统的测量方法，GPS 是革新技术，对数据处理和控制误差是阶梯性提升。当前，静态 GPS 测量技术、快速静态技术使用频率较大，对测量设计方案和实地作业有很大方便。在设计阶段，使控制测量和地形图的绘制更为精确;在实际作业中，对定点、放线、位置坐标、高度的把握及施工有很大帮助。GPS 技术在测量工程中的运用仍属于初级阶段，仍需要不断改革创新，迎合工程进度难度。

　　2. RTK 技术在地质工程测量中的应用

　　RTK 技术就是为了迎合测量工程新需要而开发使用的新技术产品。实时动态(RTK)定位技术的工作原理是，通过基站上的GPS接收机接收数据，同时将此数据通过无线电设备实时传送到用户站，根据相对定位原理，对两个数据进行整合来控制其精确度。RTK定位技术是GPS测量技术发展的一个新突破，可实时显示出用户站的三维坐标及精确度。通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算的收敛情况，从而可实时地判定解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间，提高工作效率。

　　3.RTK技术在地质工程测量中的工作原理

　　RTK技术在地质工程测量工作的具体流程为：基准站接收到GPS 接受观测位和测站坐标的相关数据，以数据统一调制解调器为媒介，将GPS观测数据及站点的坐标信息用电磁信号的形式发送给流动站。流动站完成初始化后，接受来自基准站的数据;同时，另一方面也自主接受 GPS 观测到的相关数据，在系统内将二者组成差分观测值进行实时处理，再经过坐标转换、和投影改正等，最终给出可精确到厘米的坐标位置。

　　二、GPS RTK 技术在工程测量中的应用模式

　　目前，GPS RTK 技术在工程测量中的有三种主要应用模式：快速静态定位测量、动态定位测量和准动态测量。三种定位模式各有优势，也可相互交叉使用，在地质工程测量中被广泛使用，可覆盖到包括施工前的测量、地图绘制到施工期间的监理和地理信息系统前端数据采集等众多环节。

　　1.快速静态定位

　　快速静态定位是静态定位的衍生品，对客观环境依赖程度大，但却有高效快速和高精确度的特点。其工作原理是在每个用户站上安装 GPS 接收机，并保持接收机处于静止状态进行观测和数据采集。用户站同时接收基准站和卫星的观测数据，并实时进行解算来调整用户站的三维坐标。当结算结果的变化趋势越来越小，达到稳定地步，并且其误差在可允许厘米范围之，定位工作结束。如果用户站的接收机处于流动状态，而非静止状态，只需调整接收机接受卫星的频率为不连续状态，也可保证测量结果在误差范围之内。

　　2.动态定位

　　动态定位操作大致分两步：先初始化采样后展开测量工作。在测量工作进行前，先锁定一固定的静止控制点，对其观测数分钟并采取样本数据。紧接着，将采取的样本数据反馈到流动站接收机。此方法适用采样点的实时定位，比如定位地质点的空间坐标位置，其特点是不仅可快速定位还可控制其精确度在厘米误差内。

　　3.准动态定位

　　准动态定位是以动态定位测量技术为基础的，有着相似的工作原理。测量工作前，首先初始化流动站接收机，使其对静止起始点进行观测采取样本数据，用来解算整体作业的未知数据。初始化后，流动站接收机一方面实时接受基准站的同步观测数据，一方面根据初始阶段采取的样本数据，对每一个观测站观测解算，确定每个观测站的三维坐标。此方法测量速度快、精确度高，可适用于地形地质图测绘、勘探线测量、施工后期监测测量等工作。

　　三、 GPS RTK技术在工程测量中应用的优点

　　1.高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。

　　2.RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。

　　3.降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”和对天基本通视，因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。

　　4.定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。不同于全站仪等仪器，全站仪在多次搬站后，都存在误差累积的状况，搬的越多，累积越大，而RTK则没有，只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

　　5.作业效率高。在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完10km半径左右的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了测量效率。

　　6.操作简便、数据处理能力强。南方测绘RTK的基准站无需任何设置，移动站就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。南方测绘灵锐S82-2008、灵锐S86在基准站架设、移动站操作、手簿软件的使用方面都比较简单易学。

　　四、结束语

　　GPS RTK 技术使传统的地质勘测技术和成果发生了根本变化，它降低了地质勘测工作的作业时间、劳动难度和积累误差，提高了作业的精确度和效率，为测量数据的可靠性、精确度和高效率提供了保障。GPS RTK技术动态与实际应用得到了越来越多行业的关注和科技工作人员的重视，不仅对地质行业有非凡的意义，对其他更多的行业来说也不失为一个难得的机遇。相信随着科学的发展，GPS RTK技术的稳定性、数据传输能力会越来越高，再加上辅助软件机能的提升，其应用前景将更加广阔。

　　参考文献

　　[1]付开隆.GPS-RTK技术在公路测量中的应用[J].矿山测量，2007.

　　[2]张兆龙.GPS-RTK作业模式原理及其实用技术.四川测绘，2001

　　[3]全球定位系统(GPS)测量规范GB/T18314-2001[S].

　　[4]刘大杰 ,施一民 .全球定位系统 (GPS)的原理与数据处理[M].同济大学出版社,1 9 9