浅谈GPS—RTK技术在工程测量放样中的应用

李守玉

摘要： GPS-RTK技术具有高精度、全天候、无须光学通视的特点，并且还能为工程测量提供实时动态的定位结果。在工程测量中应用GPS-RTK技术是测量史上的一次较大变革，本文结合实例浅谈GPS-RTK技术在工程测量放样中的实际应用。

关键词：GPS-RTK技术；工程测量；放样；应用

GPS-RTK技术（本文简称RTK技術）是大地测量、空间技术、卫星技术、无线电通讯与计算机技术的综合集成，在许多领域发挥着重大作用。RTK系统主要由一个基准站、若干个流动站、通讯系统3大部分组成。基准站包括GPS接收机（接收机通常具有数据传输参数、测量参数、坐标系统等的设置功能）、GPS天线、无线电通讯发射设备、电源、基准站控制器等设备。流动站的基本配置是GPS天线、GPS接收机、无线电通讯接收设备、电源、流动站控制器。

下面以笔者曾做过的一个实际工程为例阐述一下GPS-RTK在工程测量放样中的应用。

一、工程概况

该工程GPS-RTK工程测量放样采用的RTK接收机是美国的Trimble5700，Trimble 5700 GPS测量系统具有轻便、触摸式显示屏、全中文Windows操作系统和菜单功能。

Trimble 5700 GPS测量系统硬件主要包括Trimble 5700接收机、Zephyr Geodetic天线、Trimmark3基准站电台及天线、TSC-1手簿控制器、GPS主机和电台数据通讯电缆、鞭状天线、电源、连接电缆、对中杆及其他一些选购附属配件。

Trimble 5700 GPS测量系统配有功能强大的随机配套软件系列，包括Trimble Geomatics Office（TGO）后处理软件系统、数据同步连接编辑软件、Trimble Survey Controller软件等。这些软件包含了GPS测量及数据处理所涉及的应用模块、接13等软件。所有软件均可在Windows95/98/2000/NT等操作平台上运行，视窗式界面，直观、友好。

二、GPS-RTK技术在工程测量中的应用

1.获取放样数据设置观测基站

首先，应该获得所有待放样点的三维坐标。因为，现在建筑设计已经全部采用CAD绘图，故所有待放样点的平面直角坐标均可以在CAD设计图上准确获取，所有待放样点的高程在建筑设计图上均有明确的标注，因此获得所有待放样点的三维坐标是一件轻而易举的事情。

其次，是获得几个控制点的三维坐标，控制点的三维坐标可以从城市规划管理部门获得。

在获得了三维坐标的几个控制点中优选一个控制点作为GPS-RTK基准站。其余控制点作为RTK校验点。

GPS-RTK基准站应设置在已知控制点上，要求控制点应设置在地势较高、视野开阔的位置，并要求控制点的周围不得有高度角超过10°的障碍物，在控制点附近100m范围内不能有强电磁干扰（无线电台、高压线、微波站、自动气象站等），且不能有导致多路径效应的GPS信号反射体（比如大面积水域、高大建筑物等）。

2.配置仪器

将Trimble 5700 GPS接收机主菜单“配置”中的“测量形式”选择“RTK”模式，在该模式下并可对基准站和流动站及其无线电进行相关参数设置。

（1）基准站的设置基准站选项设置过程如下：①设置广播格式。在CMR、CMR+、RTCM中选择CMR+，这是Trimble独有的数据格式，数据传输更远。②加载索引号。测站索引号设为33。主要是为在同一个测区内有多个基准站时以免互相干扰，如果要使用Trimble同频多基站技术则必须在每个基准站加载索引号。③设置高度截止角。用于屏蔽低仰角卫星信号，对于基准站一般设置为5°00′700″。④选择天线类型。Trimble 5700 GPS的天线类型为Zephyr Geodetic。⑤选定天线高测量方式，以便正确改正到相位中心。Trimble 5700 GPS天线相位中心为天线凹槽底部（Bottom of notch）。⑥输入基准站天线高。⑦接收机接受后退出。

基准站无线电设置主要是对基准站电台的参数、数据传输率、接收机端口等进行设置。设置过程如下：①设置电台类型为Trimmark 3/SiteNet 450。②设置控制器端口为COMl。③设置接收机端口为端口3。④设置波特率为38400。⑤设置奇偶校验为无。⑥在控制器与主机连接时直接查看电台内部设置，然后进行“连接”，对电台内部参数进行设置，设置包括电台发射频率、基准站无线电模式等。⑦接受后退出。

（2）流动站的设置

流动站选项设置过程如下：①设置广播格式。在CMR、cMR+、RTCM中选择CMR+，这是Trimble独有的数据格式，数据传输更远。②加载索引号。测站索引号设为331。如果使用了Trimble同频多基站技术则必须在每个基准站加载索引号，而且流动站对基准站要进行测站索引，这主要是为在同一个测区内有多个基准站时以免互相干扰。③卫星差分模式设置为关。设置高度截止角，对于流动站设置为13°00′00″。④将PDOP限制设置为6.0。⑤选择天线类型为Zephyr Geodetic。⑥将“测量到”选择为Bottom of antenna mount（天线座底部）。⑦输入流动站天线高度。⑧接收机接受后退出。流动站无线电设置过程如下。①Trimble 5700 GPS流动站都是内置电台，所以无线电电台类型设置为Trimble Internal。②当控制器与主机连接后，通过“连接”功能查看电台内部参数，并根据需要进行选择，设置包括电台频率、基准站无线电模式等。

3.放样

（1）启动基准站

将基准站架设在上空开阔、没有强电磁干扰、多路径误差影响小的控制点上，正确连接好各仪器电缆，打开各仪器，对基准站进行前叙内容的配置，完毕后，在“测量”主菜单中选择“启动基准站接收机”，输入基准站的坐标信息，输入完毕后，就可以启动基准站“开始”进行测量了。当基准站启动完成后，控制手簿显示屏上会提示“切断接收机和控制器的连接”。

（2）建立新任务、定义坐标系统

定义要使用的作业名称，所有的键入信息和观测数据都保存在该项作业中。可以以多种方式定义坐标系统，建筑施工放样时应选择无投影/无基准，坐标显示方式选择“Grid”（网格），水准面模型选择“否”。因为我们在首次进入一个区域进行测量放样之前，通常需要通过点校正方式来求得坐标转换参数。

（3）流动站测量放样

用手簿控制器引导接收机开始测量后，首先，仪器进行初始化（也就是进行整周模糊度的固定），初始化过程大约需lmin左右。初始化完成后，控制器会提示“初始化完成”，此时就可以进行RTK测量放样了，在控制器状态框中会显示测量的水平精度和垂直精度。

在进行放样之前，根据需要“键入”放样的点、直线、曲线、DTM、道路等各项放样数据。在初始化工作完成后，在主菜单上选择“测量”图标打开，测量方式选择“RTK”，再选择“放样”选项，即可进行放样测量作业。

放样作业时，手簿控制器上会显示箭头及目前位置到放样点的方位和水平距离观测值，只需根据箭头的指示放样。当流动站到放样点距离小于设定值时，手簿上显示同心圆和十字丝分别表示放样点位置和天线中心位置（见下图）。当流动站天线整平、十字丝与同心圆圆心重合时，可以按“测量”键对该放样点进行实测，并保存观测值。

参考文献：

[1]邵自修. 工程测量[M] . 北京： 冶金工业出版社，2011.

[2]王金山， 周园. 测量学基础[M] . 北京： 教育科学出版社， 2011.