基于GPS-RTK的工程测量技术优缺点分析

　　摘要:
　　本文基于笔者多年从事工程测量的相关工作经验,鉴于RTK技术已经被广泛地运用于工程测量及勘察等领域,笔者以GPSRTK在工程测量中应用的优点和制约因素为研究对象,分析了RTK技术的测量速度、RTK测量成果的质量控制,RTK技术优点、RTK的不足及其解决办法,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
　　关键词:RTK技术优点RTK的不足及其解决办法
　　1RTK测量成果的质量控制
　　工程测量及勘察应用中质量控制的方法主要有如下几点。
　　(1)已知点检核比较法—即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点,然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核,发现问题即采取措施改正。
　　(2)重测比较法—每次初始化成功后,先重测1～2个已测过的RTK点或高精度控制点,确认无误后才进行RTK测量。
　　(3)电台变频实时检测法—在测区内建立两个以上基准站,每个基准站采用不同的频率发送改正数据,流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果,比较这些结果就可判断其质量高低[1]。
　　以上方法中,最可靠的是已知点检核比较法,但控制点的数量总是有限的,所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果,电台变频实时检测法的实时性好,但它需具备一定的仪器条件。
　　2RTK技术优点
　　2.1作业效率高
　　在一般的地形地势下,高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区,大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数,仅需一人操作,在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标,作业速度快,劳动强度低,节省了外业费用,提高了劳动效率。
　　2.2定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累
　　只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内(一般为4km),RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。
　　2.3降低了作业条件要求
　　RTK技术不要求两点间满足光学通视,只要求满足“电磁波通视”,因此,和传统测量相比,RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小,在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区,只要满足RTK的基本工作条件,它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。
　　3RTK的不足及其解决办法
　　3.1受卫星状况限制
　　当卫星系统位置对美国是最佳的时候,世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖,容易产生假值。另外,在高山峡谷深处及密集森林区,城市高楼密布区,卫星信号被遮挡时间较长,使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。
　　3.2天空环境影响
　　白天中午,受电离层干扰大,共用卫星数少,常接受不到5颗卫星,因而初始化时间长甚至不能初始化,也就无法进行测量。根据我们对多条公路勘测的实践,在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量,上午11点之前和下午3:30分之后,RTK测量结果准而快,而中午时分,很难进行RTK测量。可见选择作业时段的重要性。
　　3.3数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题
　　RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰,在传输过程中衰减严重,严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外,当RTK作业半径超过一定距离(一般为几公里,每种机型在不同的环境又各不相同)时,测量结果误差超限,所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多,工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。
　　3.4初始化能力和所需时间问题
　　在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业时,GPS卫星信号被阻挡机会较多,容易造成失锁、初始化丢失,采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都受影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型,当然在不能满足RTK测量的基本条件下,应采用其他测量手段。
　　3.5电量不足问题
　　RTK耗电量较大,需要多个大容量电池、电瓶才能保证连续作业,在电力供应缺乏的偏远作业区受到限制。
　　3.6精度和稳定性问题
　　RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪,特别是稳定性方面,这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故。不同质量的RTK系统,其精度和稳定性差别较大。要解决此类问题,首先要选用精度和稳定性都较好的高质量机种,然后,要在布控制点时多布置一些“多余”控制点,作为RTK测量成果质量控制的检核点。
　　4RTK的优化布测方法
　　4.1摸清仪器特性
　　通过在各种条件下反复试验,摸清仪器各种特性,如能否达到标称精度,在各种条件下的测量误差和作业半径,摸清仪器的稳定性和各种条件下的初始化能力及所耗时间等等,以便应用时得心应手。
　　4.2布控制点
　　控制点主要布置在制高点上用来设置基准站,以利于接收卫星信号和数据链信号,控制点间距离应小于RTK有效作业半径的2/3倍。为方便对RTK测量成果进行控制检核和避免出现作业盲点,应在测区内环境不良地区增设一些控制点。控制点的选点还要避免无线电干扰和多路径效应,满足相关行业规范,选择具有抑制多路径效应的技术、对于无线电和环境不良区域有相关的技术处理GPS接收机。
　　5结语
　　综上所述,RTK在实际测量过程中有很多优秀的方面,很大程度上满足了我们对降低作业强度,提高工作效率,缩短设计周期的要求,如勘测设计“内外业一体化”的要求、DTM三维数据的快速采集、GIS前端数据大量采集诸多方面,同时也克服了传统测量方法的一些不足,全天候作业、实时监测、测区通视条件差要求等。