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摘 要： GPS RTK即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)衛(wèi)星全球定位技術(shù)的簡(jiǎn)稱,它是通過(guò)一臺(tái)基準(zhǔn)站和若干臺(tái)移動(dòng)站組成的測(cè)量系統(tǒng),基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間使用無(wú)線數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行連接。本文分析了 GPS RTK 技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，其次，就 GPS RTK 技術(shù)在工程測(cè)量中處理數(shù)據(jù)方法和GPS RTK 技術(shù)在工程測(cè)
摘 要：GPS RTK即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)衛(wèi)星全球定位技術(shù)的簡(jiǎn)稱,它是通過(guò)一臺(tái)基準(zhǔn)站和若干臺(tái)移動(dòng)站組成的測(cè)量系統(tǒng),基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間使用無(wú)線數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行連接。本文分析了 GPS RTK 技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用，其次，就 GPS RTK 技術(shù)在工程測(cè)量中處理數(shù)據(jù)方法和GPS RTK 技術(shù)在工程測(cè)量中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析和探討，僅供同行業(yè)朋友參考。
關(guān)鍵詞： 地質(zhì)工程;測(cè)量;GPS RTK
引言：隨著現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的科技含量越來(lái)越高，到現(xiàn)在地質(zhì)測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。RTK(Real Time Kinematic)，即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)衛(wèi)星全球定位。RTK由一臺(tái)基準(zhǔn)站和若干移動(dòng)站組成，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站在同時(shí)接受衛(wèi)星實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的同時(shí)，基準(zhǔn)站還通過(guò)二者之間的無(wú)線連接把修正過(guò)的數(shù)據(jù)傳輸給移動(dòng)站，以便移動(dòng)站得到更準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量技術(shù)是GPS 衛(wèi)星定位中最新科學(xué)技術(shù)，通過(guò)載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，來(lái)確保野外測(cè)量達(dá)到厘米的精確度，大大提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性。RTK 測(cè)量技術(shù)作為 GPS 地質(zhì)測(cè)量的里程碑，為其工程放樣、地圖測(cè)繪等多個(gè)作業(yè)帶來(lái)了便利，極大的提高了作業(yè)精確度和效率。
一、 GPS RTK 技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用
1. GPS 技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中的應(yīng)用 地質(zhì)工程測(cè)量由于作業(yè)環(huán)境限制，有著強(qiáng)度大，效率低，周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此需要先進(jìn)設(shè)備儀器輔助作業(yè)。傳統(tǒng)的輔助儀器以電子全站儀應(yīng)用最為廣泛，但是仍然不能滿足地質(zhì)工程測(cè)量的強(qiáng)度需要，科技含量更高的設(shè)備儀器和技術(shù)需求迫在眉睫。而 GPS 在地質(zhì)測(cè)量行業(yè)的運(yùn)用，大大緩解了這一問(wèn)題。GPS 定位技術(shù)不受地質(zhì)測(cè)量作業(yè)環(huán)境的影響，無(wú)嚴(yán)格的控制測(cè)量等級(jí)之分，無(wú)需造標(biāo)，不必考慮測(cè)點(diǎn)間橫向通視問(wèn)題，且更為重要的是誤差小。相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量方法，GPS 是革新技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)處理和控制誤差是階梯性提升。當(dāng)前，靜態(tài) GPS 測(cè)量技術(shù)、快速靜態(tài)技術(shù)使用頻率較大，對(duì)測(cè)量設(shè)計(jì)方案和實(shí)地作業(yè)有很大方便。在設(shè)計(jì)階段，使控制測(cè)量和地形圖的繪制更為精確;在實(shí)際作業(yè)中，對(duì)定點(diǎn)、放線、位置坐標(biāo)、高度的把握及施工有很大幫助。GPS 技術(shù)在測(cè)量工程中的運(yùn)用仍屬于初級(jí)階段，仍需要不斷改革創(chuàng)新，迎合工程進(jìn)度難度。
2. RTK 技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中的應(yīng)用
RTK 技術(shù)就是為了迎合測(cè)量工程新需要而開發(fā)使用的新技術(shù)產(chǎn)品。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)的工作原理是，通過(guò)基站上的GPS接收機(jī)接收數(shù)據(jù)，同時(shí)將此數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電設(shè)備實(shí)時(shí)傳送到用戶站，根據(jù)相對(duì)定位原理，對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合來(lái)控制其精確度。RTK定位技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，可實(shí)時(shí)顯示出用戶站的三維坐標(biāo)及精確度。通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站與用戶站觀測(cè)成果的質(zhì)量和解算的收斂情況，從而可實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功，以減少冗余觀測(cè)，縮短觀測(cè)時(shí)間，提高工作效率。
3.RTK技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量中的工作原理
RTK技術(shù)在地質(zhì)工程測(cè)量工作的具體流程為：基準(zhǔn)站接收到GPS 接受觀測(cè)位和測(cè)站坐標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)統(tǒng)一調(diào)制解調(diào)器為媒介，將GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)及站點(diǎn)的坐標(biāo)信息用電磁信號(hào)的形式發(fā)送給流動(dòng)站。流動(dòng)站完成初始化后，接受來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù);同時(shí)，另一方面也自主接受 GPS 觀測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)將二者組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、和投影改正等，最終給出可精確到厘米的坐標(biāo)位置。
二、GPS RTK 技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用模式
目前，GPS RTK 技術(shù)在工程測(cè)量中的有三種主要應(yīng)用模式：快速靜態(tài)定位測(cè)量、動(dòng)態(tài)定位測(cè)量和準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量。三種定位模式各有優(yōu)勢(shì)，也可相互交叉使用，在地質(zhì)工程測(cè)量中被廣泛使用，可覆蓋到包括施工前的測(cè)量、地圖繪制到施工期間的監(jiān)理和地理信息系統(tǒng)前端數(shù)據(jù)采集等眾多環(huán)節(jié)。
1.快速靜態(tài)定位
快速靜態(tài)定位是靜態(tài)定位的衍生品，對(duì)客觀環(huán)境依賴程度大，但卻有高效快速和高精確度的特點(diǎn)。其工作原理是在每個(gè)用戶站上安裝 GPS 接收機(jī)，并保持接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行觀測(cè)和數(shù)據(jù)采集。用戶站同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行解算來(lái)調(diào)整用戶站的三維坐標(biāo)。當(dāng)結(jié)算結(jié)果的變化趨勢(shì)越來(lái)越小，達(dá)到穩(wěn)定地步，并且其誤差在可允許厘米范圍之，定位工作結(jié)束。如果用戶站的接收機(jī)處于流動(dòng)狀態(tài)，而非靜止?fàn)顟B(tài)，只需調(diào)整接收機(jī)接受衛(wèi)星的頻率為不連續(xù)狀態(tài)，也可保證測(cè)量結(jié)果在誤差范圍之內(nèi)。
2.動(dòng)態(tài)定位
動(dòng)態(tài)定位操作大致分兩步：先初始化采樣后展開測(cè)量工作。在測(cè)量工作進(jìn)行前，先鎖定一固定的靜止控制點(diǎn)，對(duì)其觀測(cè)數(shù)分鐘并采取樣本數(shù)據(jù)。緊接著，將采取的樣本數(shù)據(jù)反饋到流動(dòng)站接收機(jī)。此方法適用采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位，比如定位地質(zhì)點(diǎn)的空間坐標(biāo)位置，其特點(diǎn)是不僅可快速定位還可控制其精確度在厘米誤差內(nèi)。
3.準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位
準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位是以動(dòng)態(tài)定位測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)的，有著相似的工作原理。測(cè)量工作前，首先初始化流動(dòng)站接收機(jī)，使其對(duì)靜止起始點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)采取樣本數(shù)據(jù)，用來(lái)解算整體作業(yè)的未知數(shù)據(jù)。初始化后，流動(dòng)站接收機(jī)一方面實(shí)時(shí)接受基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，一方面根據(jù)初始階段采取的樣本數(shù)據(jù)，對(duì)每一個(gè)觀測(cè)站觀測(cè)解算，確定每個(gè)觀測(cè)站的三維坐標(biāo)。此方法測(cè)量速度快、精確度高，可適用于地形地質(zhì)圖測(cè)繪、勘探線測(cè)量、施工后期監(jiān)測(cè)測(cè)量等工作。
三、 GPS RTK技術(shù)在工程測(cè)量中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)
1.高精度的GPS測(cè)量必須采用載波相位觀測(cè)值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不足一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài);可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。
2.RTK作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高，測(cè)繪功能強(qiáng)大。RTK可勝任各種測(cè)繪內(nèi)、外業(yè)。流動(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無(wú)需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，使輔助測(cè)量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。
3.降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”和對(duì)天基本通視，因此，和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測(cè)量看來(lái)由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。
4.定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒(méi)有誤差積累。不同于全站儀等儀器，全站儀在多次搬站后，都存在誤差累積的狀況，搬的越多，累積越大，而RTK則沒(méi)有，只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)，RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。
5.作業(yè)效率高。在一般的地形地勢(shì)下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測(cè)完10km半徑左右的測(cè)區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了測(cè)量效率。
6.操作簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。南方測(cè)繪RTK的基準(zhǔn)站無(wú)需任何設(shè)置，移動(dòng)站就可以邊走邊獲得測(cè)量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)、其它測(cè)量?jī)x器通信。南方測(cè)繪靈銳S82-2008、靈銳S86在基準(zhǔn)站架設(shè)、移動(dòng)站操作、手簿軟件的使用方面都比較簡(jiǎn)單易學(xué)。
四、結(jié)束語(yǔ)
GPS RTK 技術(shù)使傳統(tǒng)的地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)和成果發(fā)生了根本變化，它降低了地質(zhì)勘測(cè)工作的作業(yè)時(shí)間、勞動(dòng)難度和積累誤差，提高了作業(yè)的精確度和效率，為測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性、精確度和高效率提供了保障。GPS RTK技術(shù)動(dòng)態(tài)與實(shí)際應(yīng)用得到了越來(lái)越多行業(yè)的關(guān)注和科技工作人員的重視，不僅對(duì)地質(zhì)行業(yè)有非凡的意義，對(duì)其他更多的行業(yè)來(lái)說(shuō)也不失為一個(gè)難得的機(jī)遇。相信隨著科學(xué)的發(fā)展，GPS RTK技術(shù)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸能力會(huì)越來(lái)越高，再加上輔助軟件機(jī)能的提升，其應(yīng)用前景將更加廣闊。
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