GPS（RTK）基准站任意架设技术在工程测量中的应用

（河北省煤田地质局水文地质队 河北邯郸056201）

（河北省煤田地质局水文地质队 河北邯郸056201）

作为21世纪的一项高新技术，GPS系统因其方便灵活、易于普及推广，在导航、军事、气象领域得到广泛应用。本文介绍了GPS系统的组成以及GPS中实时动态（RTK）定位技术基准站任意架设在工程测量领域的应用。

GPS RTK工程测量基准站任意架设技术应用

作为21世纪的一项高新技术，GPS系统能为全球范围内为众多用户提供高精度、全天候、连续实时的三维定位、三维测速和授时，使用方便灵活、易于普及推广，在导航、气象等领域得到广泛应用，尤其是在测绘行业中，改变了传统的测量作业方式，提高了工作效率，也带来了可观的经济效益。

1 GPS系统的概述

全球定位系统GPS（Global Positioning System）是美国从1973年开始筹建的，该系统可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息。其主要有三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。GPS的空间星座部分由24颗均匀分布在6个轨道平面内的卫星组成；GPS的地面监控部分负责卫星的监控和卫星星历的计算，它包括1个主控站、3个注入站和5个监测站；GPS的用户设备主要由接收机硬件和处理软件组成。用户通过用户设备接收GPS卫星信号，经信号处理而获得用户位置、速度等信息最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。

将GPS用于测绘方面主要因以下技术特点：

1.1 测站之间无需通视

测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS的这一特点，使得选点更加灵活方便，但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

1.2 定位精度高

一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而全站仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与全站仪测量精度相当，但随着距离的增长，GPS测量的优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100~500km的基线上可达10-6~10-7。

1.3 观测时间短

采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30~40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Trimble5800型双频GPS接收机的RTK测量可在5s以内求得测点坐标。

1.4 提供三维坐标

GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

除唱片(专辑)音乐、数字音乐、演唱会音乐外，还有近年来逐渐兴起的音乐选秀节目。2004年《超级女声》开启了“选秀时代”，随之而来的《中国好声音》、《我是歌手》、《天籁之声》等节目，获得经济效益与社会效益的双赢。同时，也掀起一阵音乐产业的“狂热风”。综艺音乐将音乐与电视艺术相结合，成为音乐产业独特的展现出音乐产业发展的趋式。在热播的综艺节目中，音乐类节目占具重要份额。然而，大批量选秀音乐节目的涌现，导致节目质量下降、复制跟风、创造力严重匮乏等问题。

1.5 操作简便

GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋于小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中，整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的获取，跟踪观测等均由仪器自动完成。

1.6 全天候作业

GPS观测可在任何地点，任何时间连续进行，一般不受天气状况影响。

2 GPS系统在工程测量的应用前景

目前GPS系统主要应用于地形测图。就是为城市、矿区以及为各种工程提供不同比例尺的地形图。特别是地籍及房地产测量能精确测定土地权属界址点的位置，同时能为土地和房产管理部门提供大比例尺的地籍平面图和房产图，并量算土地和房屋面积。GPS系统的应用，为城市控制测量的数字化、精度化和科学化提供了有效工具，从而满足了城市规划和各种经济建设的需要。

常规控制测量如三角测量，通常是先布设控制网点，依据加密的控制点和图根控制点，测定地物点和地形点在图上的位置并按照一定的规律和符号绘制成平面图，这种方法要求点间通视，费工费时，而且精度不均匀，外业中不知道测量成果的精度。

GPS静态、快速静态相对定位测量无需测量点相互通视，能够高精度地进行各种工程控制测量，但是这种测量方式不能实时定位并知道定位精度，内业处理后发现精度不合要求必须返工测量。

目前，GPS中实时动态（RTK）定位技术应用可观。它是以载波相位观测值为根据的实时差分技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在工程测量中有广阔的应用前景，而用RTK技术进行工程测量既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度。RTK技术进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据及已知数据实时传输给流动站GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到四颗卫星后，可以实时求解出厘米级的流动站动态位置，这样可以大大提高作业效率。因此，除了高精度的控制测量仍采用GPS静态相对定位技术之外，RTK技术即可用于地形测图中的控制测量，地籍和房地产测量中的控制测量和界址点点位的测量。

3 GPS（RTK）基准站任意架设技术

在GPS（RTK）外业测量工作中，采集器手薄中默认建立的坐标系统为WGS-84坐标系统，无投影、无基准转换。我们可以通过点校正求解出WGS-84坐标到地方坐标系的转换参数，在用点校正方法解算到地方独立坐标系下进行测量时，GPS（RTK）测量模式的基准站架设位置可任意选取。

GPS(RTK)测量之前，首先要在采集器手薄所建立的工程文件中建立用户坐标系统，当用户没有现成的从WGS-84坐标系统到用户坐标系统的系统转换参数时，可先进行点校正测量及转换计算，GPS点校正过程建立了GPS接收机采集的WGS-84数据与地方控制位置之间的换算关系（表达为海平面上的地方格网坐标），它采用了一系列的数学转换（包括基准转换、平面转换、高程转换）。

经过GPS点校正后进行RTK动态测量时，GPS（RTK）系统基准站的架设就不受地方控制点的约束，用户可自行选择上空比较开阔、无遮挡、无干扰、交通便利的理想位置，这不仅方便了用户架设基准站的位置选择，而且有利于提高GPS外业测量的精度、还可缩短测量工期、减少工作成本、提高工作效益。其基准站任意架设时，启动基准站测量时的任务坐标系统属性要设置为无投影、无基准转换的测量方式，并以当地点为基准点；流动站任意坐标系统属性参数设置为点校正计算后所得的转换参数。如此便有效地进行了测区内WGS-84坐标系统到用户地方坐标系统的投影、基准转换及水准面改正，其流动站坐标测量精度也较高，可广泛应用工程放样测量及大比例尺数字化地形测量等。

4 GPS（RTK）基准站任意架设技术用于工程测量的方法及检验

在某项工程中，用GPS（PTK）测量基准站任意架设技术进行1：1000数字化地形测量，取得了良好的效果。

在该工程中，采用Trimble5800型双频GPS接收机，通过点校正测量、解算的方法建立了坐标转换关系后，在进行GPS RTK动态测图时，其基准站位置未选择在己知控制点上，而是选择在一栋理想的建筑物楼顶。在测图之前，流动站首先在该工程基础控制点E07及E04上进行了测图前的检核测量工作，两点三维坐标较差值分别为：ΔX＝5mm、ΔY＝6mm、ΔZ＝8mm及ΔX＝4mm、ΔY＝3mm、ΔZ＝7mm。然后利用流动站进行地形图的测量工作。

表1

测量工作结束后，我们用全站仪对用以上方法所测地形图进行了检查测量。用GPS RTK系统与全站仪所测建筑物特征点坐标数据比较如表1。

由以上数据（数据为任意选取的）分析得出，GPS（RTK）测量基准站任意架设技术相对于全战仪（仪器对中误差≤3mm）在碎部测量时点位平面中误差：

高程测量中误差：

由此可见，应用GPS（RTK）基准站任意架设技术所测得的成果，其精度指标符合工程测量中有关规范规定。

经过本工程的检验，GPS（RTK）测量基准站任意架设技术用于工程测量的方法省时省力，可达到较高的测绘精度；GPS（RTK）基准站布设方法灵活多样，受地形条件的影响小，是我们在实践中总结出的较好方法。

5 结论

GPS（RTK）基准站任意架设技术操作简便易行，布点灵活，效益好、精度高，内业处理快捷。随着GPS自身的不断完善，必将以高精度、高效率的绝对优势赢得测绘工作者的青睐。

[1]全球定位系统原理及其应用［M］，北京：测绘出版社，1995

[2]卫星测量原理与应用［M］，北京：测绘出版社，1992

[3]GPS测量原理及应用，武汉测绘科技大学出版社，1998

[4]工程测量学［M］，北京：测绘出版社，1995

GPS（RTK）基准站任意架设技术在工程测量中的应用

■李晓磊 贾景峰

P2[文献码]B

1000-405X（2016）-10-224-2