浅析GPS-RTK技术在工程放样中的应用

钱 峰

成都建工第九建筑工程有限公司

1 引言

以往主要依靠全站仪、水准仪等仪器进行建筑施工现场放样，但存在设备操作难度大、测量进度滞后、累计误差大等问题，且对于测量人员的依赖性较高。通过引入GPS-RTK 技术进行场地测设，可适应复杂地形与不同构筑物模式下的工程测量要求，依托自动化作业模式实现多种测绘功能，有效提升作业精度与效率。

2 GPS-RTK设备的工作原理与应用优势分析

2.1 基本工作原理

GPS 技术主要由卫星、地面控制系统、用户三个部分组成，具有全天候、实时性、精确度高等特征，用于提供定位服务。RTK技术是一种利用高精度载波相位观测值的实时动态差分定位技术，包含位置差分、伪距差分、相位差分三种类型，由流动接收机接收来自基站发送的改正数据，并针对测量结果进行改正、获取精确定位数据。由于改正数据、流动站运动速度均会影响到位置差分与伪距差分模式下接收处理数据的延时效果，导致定位数据精度下降，因此当前普遍采用相位差分技术进行工程放样测量。选取1台GPS接收机设为基准站，将基站位置参数输入系统中，同时选取1台或多台GPS设备设为流动站，由基准站、流动站共同接收GPS 卫星信号，二者通过互发信息完成实时差分及平差处理，并将获取到的流动站点位置数据与预设精度进行比较，生成最终测量结果。

2.2 应用优势

首先，采用GPS-RTK技术可有效提高定位精度与测量过程中的抗干扰能力，例如在地势相对较高的场地进行测量放样时，仅需设置1个操作站即可监测到15km范围内的区域概况，有效降低测量难度、提高施工效率。其次，GPS-RTK设备在实际操作上较为便捷，通过设置基准站、流动站即可完成位置坐标的放样测量，可在移动过程中实时获取测量数据，并且借助与计算机等测量设备间的通信完成数据的传输、处理、存储与转换。最后，RTK技术适用于多种测绘类型的内、外业工作，依靠内装式软件控制系统与计算机接收外业数据即可使流动站独立完成多项测绘工作，有效免去辅助测量工作、降低人为误差，且自动化、集成化程度较高，可有效保障测绘精度、优化测绘功能。

3 GPS-RTK技术在工程放样中的具体应用探讨

3.1 工程概况

以四川省成都市中和污水处理厂二期项目为实例，该项目占地面积约180亩，单体建筑物共计三十余处，各单体建筑物之间间距大，所需设置的测点数量较多，工期较紧、对于测量结果精确度的要求较高。通过针对工程现场的实际情况进行观察，倘若采用传统全站仪、经纬仪、水准仪等仪器进行工程测量，其涉及到的仪器设备与支架重量较大、不易于携带，至少需2人以上配合完成测量工作，测量速度较慢、不便于现场操作；由于该工程土方挖填方量较大，对于土方测设的精度、可靠性要求较高；又因该项目涉及到的单体建筑数量较多，在测量过程中需反复转点，易导致测量进度滞后、累计误差增大。

通过将GPS-RTK 设备引入测绘内外业中，仅需1 名测绘人员即可携带移动站进行作业，测点速度较快、测量天数可缩短5倍左右，并且将其应用于大型工程土方测量中可快速绘制出土石方方格网图，为现场施工创设了便捷条件。在GPS-RTK作业模式下，流动站借助内装式软件控制系统实现多种测绘功能，具备强大的自动化、集成化效果，可有效减少人工干预与辅助测量工作量、克服误差累计问题，减小人为误差、提高定位进度，有效提升测量工作的可靠性与测量效率。

3.2 放样前准备工作

3.2.1 架设基准站

由于该工程涉及到30余栋单体建筑、测量点数量较多，因此需在放样前构建控制网，将控制网精度设置在5cm以下，选取施工现场视野开阔处设置基准站，将基准站天线高度角控制在5°-15°范围内，保障周围无障碍物遮挡、便于跟踪观测卫星，同时确保基准站周边200m范围内无大功率无线电发射设备等干扰源，保障差分信号的传输质量。在完成点位选定后架设基准站，启动GPS 接收机，并配置好基准站的各项参数。通常每个流动站仅需安排1 名作业人员通过操作RTK 手簿进行具体测量作业，将GPS接收机、天线、测杆连接后，利用手簿开启GPS接收机、完成流动站参数配置，随后连接基站的无线电，并输入流动站天线高。

3.2.2 GPS平面测量与基线解算

依据建筑工程测量要求设置复测的控制点，围绕控制点完成控制网的构建，随后完成加密计算，结合选取的控制点架设基准站、构建控制网，借此保障测量结果的准确度。在此基础上，利用软件进行数据处理与无约束平差计算，将获取到的测量坐标与预先提供的坐标进行比较，完成7个转换参数的计算，将高程差计算结果换算为最低潮面基准函控制点比测，并且利用转换参数与GPS数据进行比测，完成基准站的设计，将控制点坐标误差控制在允许范围之内。

3.3 RTK放样测量与质量控制

采用GPS-RTK 设备进行工程放样测量，需利用VB 程序计算出坐标放样点，将坐标参数存储后向已建立的坐标放样RTK中输入数据、完成系统参数设置，并且在放样过程中需控制好放样点与测量参数转换，令移动站对中整平，配合平滑数据分析、测量尺寸等方式进行放样误差的检测。为最大限度降低RTK测量误差，可采用以下三种方法：其一是已知点检核比较法，在构建控制网环节采用静态GPS 多测出一些控制点，随即利用RTK设备检测出控制点的坐标数值、完成比较检核，保障及时修正误差；其二是重测比较法，待完成初始化后选取1-2个已完成测试的RTK 点或精度较高的控制点进行复测，待保障测量结果准确后再进行RTK测量；其三是电台变频实时检测法，需在测区范围内设置至少2个基准站，各基准站以不同频率发送改正数据，利用变频开关选择流动站接收到的改正数据、生成2个以上解算结果，经由比较后即可用于判断检测质量。

3.4 RTK测量精度分析

在该工程中采用的GPS-RTK 仪器主机采用完全一体化结构形式，主板与GSRS/CDMA 网络模块的静态平面精度为3mm+1ppm、高程精度为5mm+1ppm，RTK定位平面精度为1cm+1ppm、高程精度为2cm+1ppm；仪器主要采用AUTOROVER自动选频技术，UHF 接收天线置中，向上设置，用于保障电台电线电磁中心与接收机双频天线电磁中心融合，增强抗干扰能力；配合工程之星、测图之星、电力之星、导航之星等仪器提供特征点采集、点放样、直线/曲线放样、路线放样等功能，并且可实现图形化显示与操作，满足工程测量需求。以本工程为例，其检测结果表明，GPS-RTK 仪器测量的点位误差为0.3m～2.6cm、中误差为2.01cm，高程误差控制在0.7cm～3.4cm范围内、中误差为2.44cm，测量结果的可靠性较强、精度较高，同时其操作便捷度较高，仅需利用基站与卫星完成信号传输，利用本地坐标进行坐标采集与放样，有助于缩短前期准备时长、加快整体工程进度，可有效满足建筑工程测绘需求。

4 结语

GPS-RTK 是一种适用于多种工程类型的信息化仪器，通过基站与卫星的信号传输，利用本地坐标完成坐标采集与放样，对于工程测量具有较强的实用价值。将其引入建筑工程施工现场进行测量放样，能够有效保障工程进度、缩短工期，且易于操作、测量结果精度较高，为大型建筑工程的现场施工提供了重要保障。