GPS（RTK）基準站任意架設技術在工程測量中的應用

（河北省煤田地質局水文地質隊 河北邯鄲056201）

（河北省煤田地質局水文地質隊 河北邯鄲056201）

作為21世紀的一項高新技術，GPS系統因其方便靈活、易于普及推廣，在導航、軍事、氣象領域得到廣泛應用。本文介紹了GPS系統的組成以及GPS中實時動態（RTK）定位技術基準站任意架設在工程測量領域的應用。

GPS RTK工程測量基準站任意架設技術應用

作為21世紀的一項高新技術，GPS系統能為全球范圍內為眾多用戶提供高精度、全天候、連續實時的三維定位、三維測速和授時，使用方便靈活、易于普及推廣，在導航、氣象等領域得到廣泛應用，尤其是在測繪行業中，改變了傳統的測量作業方式，提高了工作效率，也帶來了可觀的經濟效益。

1 GPS系統的概述

全球定位系統GPS（Global Positioning System）是美國從1973年開始籌建的，該系統可向全球用戶提供連續、實時、高精度的三維位置、三維速度和時間信息。其主要有三大組成部分，即空間星座部分、地面監控部分和用戶設備部分。GPS的空間星座部分由24顆均勻分布在6個軌道平面內的衛星組成；GPS的地面監控部分負責衛星的監控和衛星星歷的計算，它包括1個主控站、3個注入站和5個監測站；GPS的用戶設備主要由接收機硬件和處理軟件組成。用戶通過用戶設備接收GPS衛星信號，經信號處理而獲得用戶位置、速度等信息最終實現利用GPS進行導航和定位的目的。

將GPS用于測繪方面主要因以下技術特點：

1.1 測站之間無需通視

測站間相互通視一直是測量學的難題。GPS的這一特點，使得選點更加靈活方便，但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛星信號不受干擾。

1.2 定位精度高

一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm，而全站儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與全站儀測量精度相當，但隨著距離的增長，GPS測量的優越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100~500km的基線上可達10-6~10-7。

1.3 觀測時間短

采用GPS布設控制網時每個測站上的觀測時間一般在30~40min左右，采用快速靜態定位方法，觀測時間更短。例如使用Trimble5800型雙頻GPS接收機的RTK測量可在5s以內求得測點坐標。

1.4 提供三維坐標

GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。

除唱片(專輯)音樂、數字音樂、演唱會音樂外，還有近年來逐漸興起的音樂選秀節目。2004年《超級女聲》開啟了“選秀時代”，隨之而來的《中國好聲音》、《我是歌手》、《天籟之聲》等節目，獲得經濟效益與社會效益的雙贏。同時，也掀起一陣音樂產業的“狂熱風”。綜藝音樂將音樂與電視藝術相結合，成為音樂產業獨特的展現出音樂產業發展的趨式。在熱播的綜藝節目中，音樂類節目占具重要份額。然而，大批量選秀音樂節目的涌現，導致節目質量下降、復制跟風、創造力嚴重匱乏等問題。

1.5 操作簡便

GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨于小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中，整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的獲取，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

1.6 全天候作業

GPS觀測可在任何地點，任何時間連續進行，一般不受天氣狀況影響。

2 GPS系統在工程測量的應用前景

目前GPS系統主要應用于地形測圖。就是為城市、礦區以及為各種工程提供不同比例尺的地形圖。特別是地籍及房地產測量能精確測定土地權屬界址點的位置，同時能為土地和房產管理部門提供大比例尺的地籍平面圖和房產圖，并量算土地和房屋面積。GPS系統的應用，為城市控制測量的數字化、精度化和科學化提供了有效工具，從而滿足了城市規劃和各種經濟建設的需要。

常規控制測量如三角測量，通常是先布設控制網點，依據加密的控制點和圖根控制點，測定地物點和地形點在圖上的位置并按照一定的規律和符號繪制成平面圖，這種方法要求點間通視，費工費時，而且精度不均勻，外業中不知道測量成果的精度。

GPS靜態、快速靜態相對定位測量無需測量點相互通視，能夠高精度地進行各種工程控制測量，但是這種測量方式不能實時定位并知道定位精度，內業處理后發現精度不合要求必須返工測量。

目前，GPS中實時動態（RTK）定位技術應用可觀。它是以載波相位觀測值為根據的實時差分技術，它是GPS測量技術發展的一個新突破，在工程測量中有廣闊的應用前景，而用RTK技術進行工程測量既能實時知道定位結果，又能實時知道定位精度。RTK技術進行定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據及已知數據實時傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到四顆衛星后，可以實時求解出厘米級的流動站動態位置，這樣可以大大提高作業效率。因此，除了高精度的控制測量仍采用GPS靜態相對定位技術之外，RTK技術即可用于地形測圖中的控制測量，地籍和房地產測量中的控制測量和界址點點位的測量。

3 GPS（RTK）基準站任意架設技術

在GPS（RTK）外業測量工作中，采集器手薄中默認建立的坐標系統為WGS-84坐標系統，無投影、無基準轉換。我們可以通過點校正求解出WGS-84坐標到地方坐標系的轉換參數，在用點校正方法解算到地方獨立坐標系下進行測量時，GPS（RTK）測量模式的基準站架設位置可任意選取。

GPS(RTK)測量之前，首先要在采集器手薄所建立的工程文件中建立用戶坐標系統，當用戶沒有現成的從WGS-84坐標系統到用戶坐標系統的系統轉換參數時，可先進行點校正測量及轉換計算，GPS點校正過程建立了GPS接收機采集的WGS-84數據與地方控制位置之間的換算關系（表達為海平面上的地方格網坐標），它采用了一系列的數學轉換（包括基準轉換、平面轉換、高程轉換）。

經過GPS點校正后進行RTK動態測量時，GPS（RTK）系統基準站的架設就不受地方控制點的約束，用戶可自行選擇上空比較開闊、無遮擋、無干擾、交通便利的理想位置，這不僅方便了用戶架設基準站的位置選擇，而且有利于提高GPS外業測量的精度、還可縮短測量工期、減少工作成本、提高工作效益。其基準站任意架設時，啟動基準站測量時的任務坐標系統屬性要設置為無投影、無基準轉換的測量方式，并以當地點為基準點；流動站任意坐標系統屬性參數設置為點校正計算后所得的轉換參數。如此便有效地進行了測區內WGS-84坐標系統到用戶地方坐標系統的投影、基準轉換及水準面改正，其流動站坐標測量精度也較高，可廣泛應用工程放樣測量及大比例尺數字化地形測量等。

4 GPS（RTK）基準站任意架設技術用于工程測量的方法及檢驗

在某項工程中，用GPS（PTK）測量基準站任意架設技術進行1：1000數字化地形測量，取得了良好的效果。

在該工程中，采用Trimble5800型雙頻GPS接收機，通過點校正測量、解算的方法建立了坐標轉換關系后，在進行GPS RTK動態測圖時，其基準站位置未選擇在己知控制點上，而是選擇在一棟理想的建筑物樓頂。在測圖之前，流動站首先在該工程基礎控制點E07及E04上進行了測圖前的檢核測量工作，兩點三維坐標較差值分別為：ΔX＝5mm、ΔY＝6mm、ΔZ＝8mm及ΔX＝4mm、ΔY＝3mm、ΔZ＝7mm。然后利用流動站進行地形圖的測量工作。

表1

測量工作結束后，我們用全站儀對用以上方法所測地形圖進行了檢查測量。用GPS RTK系統與全站儀所測建筑物特征點坐標數據比較如表1。

由以上數據（數據為任意選取的）分析得出，GPS（RTK）測量基準站任意架設技術相對于全戰儀（儀器對中誤差≤3mm）在碎部測量時點位平面中誤差：

高程測量中誤差：

由此可見，應用GPS（RTK）基準站任意架設技術所測得的成果，其精度指標符合工程測量中有關規范規定。

經過本工程的檢驗，GPS（RTK）測量基準站任意架設技術用于工程測量的方法省時省力，可達到較高的測繪精度；GPS（RTK）基準站布設方法靈活多樣，受地形條件的影響小，是我們在實踐中總結出的較好方法。

5 結論

GPS（RTK）基準站任意架設技術操作簡便易行，布點靈活，效益好、精度高，內業處理快捷。隨著GPS自身的不斷完善，必將以高精度、高效率的絕對優勢贏得測繪工作者的青睞。

[1]全球定位系統原理及其應用［M］，北京：測繪出版社，1995

[2]衛星測量原理與應用［M］，北京：測繪出版社，1992

[3]GPS測量原理及應用，武漢測繪科技大學出版社，1998

[4]工程測量學［M］，北京：測繪出版社，1995

GPS（RTK）基準站任意架設技術在工程測量中的應用

■李曉磊 賈景峰

P2[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-224-2