浅谈GPS-RTK在线路工程测量中的应用

王海军

摘要：随着我国社会主义市场经济的飞速发展，以及城市化建设步伐的越加快速，使得一项项工程如雨后春笋般平地而生。而在工程建设的过程当中，测量技术有着十分重要的地位，甚至可以说测量对工程开工，以及竣工后投入使用都会带来一定的影响。因此，这便需要精确的测量给予实现。随着GPS发展的越加迅速，使得越来越多的工程建设开始引入该技术，本文主要结合工程实际阐述了GPS在工程控制测量、RTK技术放样过程的应用及效果，并对GPS在线路测量中的高程测量精度进行了分析比较，从而对其应用方式，以及各项要点进行总结，为相关工程应用提供借鉴。

关键词：GPS；RTK；线路工程；线路测量；应用

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：

当前，随着世界科技的不断发展，以及我国工程领域的不断延伸，使得我国工程建设项目变得越来越多，而这便为工程建设提出了更高的要求。因此，及时引入新科技到工程场地当中变成了当前最为重要的话题。而众所周知，GPS是一种科技性强，实用性良好的定位系统，GPS测量以其定位精度高、观测速度快、小巧灵活，其不仅具备着这些良好的实时性，同时还具备着全能性、连续性，以及全球性，所以深受广大测量工作者的青睐。随着GPS定位技术的出现和不断发展完善，使测绘定位技术发生了革命性的变革，为测绘工作提供了崭新的技术手段和方法。GPS控制网不仅具有很高的平面精度，同时GPS RTK技术发展，使常规的测角、测距、测水准为主体的地面定位技术，正在逐步被以一次性确定三维坐标的高速度、高效率、高精度的GPS RTK技术所代替。

1 GPS控制测量与布网方案

GPS控制测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。其中：外业工作主要包括选点(即观测站址的选择)、建立观测标志、野外观测作业以及成果质量检核等；内业工作主要包括GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段：技术设计；选点与建立标志；外业观测；成果检核与处理。GPS测量的工作程序见图1。

图1GPS测量工作流程图

测区首级平面控制采用E级GPS网。使用仪器为中海达双单频GPS接收机。控制网布设时力求图形几何结构，有良好的自检能力和约束力。平面与高程控制均采用国家三等以上三角点作为起算点，联测点个数不少3个。

2 GPS-RTK在线路测量中的应用

2.1 实时动态(RTK)定位技术简介

RTK技术是一种采用载波相位观测值进行实时定位的GPS相对定位技术。该技术需要一个用户本地参考站，动态用户进行常规RTK定位时，参考站观测的载波相位同步观测值(根据需要有时需包括伪距观测值)以及参考站坐标通过可靠的数据通信链路实时播发给用户。动态用户根据当前载波相位观测值(以及伪距观测值)和广播星历进行实时相对定位。根据已知的参考站精确坐标，可以计算用户瞬时位置，如图2。

图2 RTK定位流程图

RTK 技术是建立在相对定位中流动站与参考站之间误差强相关假设基础之上的。当流动站离基准站较近(例如不超过10～15km)时，上述假设条件一般均能较好地成立，此时利用一个或数个历元的观测资料即可获得厘米级精度的定位结果。然而随着流动站和基准站间间距的增加，这种误差相关性变得越来越差，定位精度迅速下降，当流动站和基准站的距离大于50km时，常规RTK的单历元解一般只能达到分米级的精度。

RTK技术极大的方便了需要动态高精度服务的用户，但RTK技术有着一定局限性，使得其在应用中受到限制，主要表现为：①用户需要架设本地的参考站；②误差随距离增长；③误差增长使流动站和参考站距离受到限(<10～15km)；④可靠性和可行性随距离的增加而降低。

2.2 实践应用分析

该公路是某城市的重要公路，在这一公路中有些段是高速公路，有些段是一级公路。公路的改建GPS点的分布是每3公里左右布设了一个点，同时这些点也用了四等水准测量的方法得到了水准高程。除了GPS点之外还在每两个GPS点之间加设了一个水准点，这些水准点也使用四等地方法进行了联测。

在该公路的某段(公里桩号为K165+150至203+950)的线路测量中，采用GPS-RTK技术进行放样路线上的点位，并采集了RTK 测得的高程，同时使用普通水准测量的方法对所放出的点位进行水准测量。

2.2.1 高差的精度分析

表1 GPS高差与水准高差对比表

对RTK点之间的高差和水准测量的高差进行一下比较，会发现一些问题。如表1所示列出了部分数据：

对外业观测所得数据进行了全面检查，进行了闭合差计算，各项指标符合规范的要求。

等外水准精度评定：

根据平差改正数及法方程系数阵计算单位权中误差

=

则可求各路线

=

求高差单位权中误差为

=±11.4mm

同理可求单点高程的中误差为

=/=±8.0mm

根据两点水准高差与RTK 高差之差计算高差之差中误差

△HRTK=HRi-HRj

△H较差=△H水-△HRTK

式中，△H较差为水准高差与RTK 高差之差；△H水为水准高差；△HRTK为RTK高差

根据误差传播定律有

= —=[dd]／2n

=±31.7mm

则有

±=±=30.7mm/km

高差中误差为

／=21.7mm

根据高差较差绘出误差直方图，如图3。

图3 高差较差直方图

从此图可以看出GPS-RTK在测量中高差较差基本符合正态分布。RTK点高程相对独立，其高差的误差不依次传播，所以RTK点高差中误差与水准高差中误差本质上是有区别的，从某种意义说，RTK点高差中误差是相对高程中误差。在拟合点的选取时，往往是离基准点近的点的高差相差的较大，同时不排除磁场、高压线、高大建筑物等对GPS-RTK都有一定的影响。

2.2.2 高程的精度分析

但是对RTK点之间的高差和水准测量的高差进行一下比较，会发现一些问题。

根据水准高程与RTK高程计算高程中误差

△H较差=H水-HRTK

式中，△H较差为水准高程与RTK 高程之差；H水为水准高程； HRTK 为RTK 高程；

=-=[dd]／2n

则=±41.9mm

==±41.1mm

该值是RTK 点高程相当于等外水准高程的高程精度，故GPS-RTK 的高程精度完全满足线路工程的要求。

该段一共架设基站3次，平均作业半径为6km，位置如图4。

图4 基准站架设分布图

高差与高程误差比较如图5。

图5 误差比较图

从以上图中可以看出，高程之差的误差为负的较多，且值较大，存在着系统误差，由于观测是独立观测，电台发射信号的强弱，拟合曲面的选取对观测结果均有影响。高差之差误差基本是在0值附近波动，误差的变化要相对稳定一些。从以上数据及图形中可以说明RTK 实测精度完全可以达到预设精度指标。

3 结论

本文在线路测量中，采用GPS-RTK技术进行放样路线上的点位，并采集了RTK 测得的高程，同时使用普通水准测量的方法对所放出的点位进行水准测量，进行精度对比分析，做出如下总结：

(1)应用静态GPS进行平面控制测量，只要按规范及GPS操作规程使用，并用先进的随机处理软件进行解算，其成果完全能满足线路工程控制测量的要求。

(2)GPS-RTK施测线路工程点，完全能达到规范要求。且因为GPS-RTK技术的特点减少工作环节，缩短工作周期，大大提高工作效率。

(3)在GPS-RTK施测过程中，应两次观测，取其平均值为最后成果，这样能大大的提高测量的精度。

(4)在选取联测水准点时要均匀分布于测区，特别在地形起伏较大的区域应适当多取。即保证拟合计算不外推，也满足地形起伏地区的曲面拟合精度。

总而言之，在线路测量中，严格按照GPS规范操作，控制外业观测数据质量，应用GPS-RTK测量方法远远优越于常规测量方法。

参考文献：

[1]王惠南.GPS导航原理与应用[M].北京:科学出版社,2003.

[2]马永来，等.RTK测高试验与精度分析[J].人民黄河,1999.

[3]高建新.高精度全球差分GPS 的应用[J].测绘信息与工程，2002.

[4]柳响林，张志勋.GPS-RTK技术及其在线路定线测量中的应用[J].测绘信息与工程,2000.

[5]何海波.高精度GPS动态测量及质量控制[D].信息工程大学，2002.

[6]周忠谟，易杰军，周琪.GPS卫星测量原理与应用[M].北京:测绘

出版社,2002.