【文章內容簡介】 際 GPS 大地測量和地球動力學服務 IGS，已在全球建立了多個數(shù)據(jù)存儲及處理中心和百余個常年觀測的臺站。我國也于 1995 年開始分步建設北京、上海、武 漢、拉薩、烏魯木齊、西安、西寧、昆明、海口、哈爾濱等 GPS 永久性跟蹤站，這些跟蹤站的觀測數(shù)據(jù)每天通過國際互聯(lián)網(wǎng)傳向美國的數(shù)據(jù)處理中心。用戶可以免費從 INTERNET 網(wǎng)上取得 IGS 發(fā)布的觀測數(shù)據(jù)和精密星歷等產品。目前，GPS 技術已普遍應用于大地測量、工程測量、地殼形變監(jiān)測、航空攝影測 量以及海洋測繪等諸多測量領域?？梢?， GPS 定位技術已經使測量技術經歷了一場深刻的變革，從而進入了一個嶄新的時代。由 于 GPS 技 術 所 具 有 的 全 天 候 、高 精 度 和 自 動 測 量 的 特 點 ，作 為 先 進 的 測量 手 段 和 新 的 生 產 力 ，已 經 融 入 了 國 民 經 濟 建 設 、國 防 建 設 和 社 會 發(fā) 展 的 各 個應 用 領 域隨 著 冷 戰(zhàn) 結 束 和 全 球 經 濟 的 蓬 勃 發(fā) 展 ，美 國 政 府 宣 布 2022 年 至 2022 年 期間 ，在 保 證 美 國 國 家 安 全 不 受 威 脅 的 前 提 下 ，取 消 SA 政 策 ，GPS 民 用 信 號 精 度在 全 球 范 圍 內 得 到 改 善 ，利 用 C/A 碼 進 行 單 點 定 位 的 精 度 由 100 米 提 高 到 20米 ，這 將 進 一 步 推 動 GPS 技 術 的 應 用 ，提 高 生 產 力 、作 業(yè) 效 率 、科 學 水 平 以 及人 們 的 生 活 質 量 ，刺 激 GPS 市 場 的 增 長 。據(jù) 有 關 專 家 預 測 ，在 美 國 ，單 單 是 汽車 GPS 導 航 系 統(tǒng) ，2022 年 后 的 市 場 將 達 到 30 億 美 元 ，而 在 我 國 ，汽 車 導 航 的 市 場 也 將 達 到 50 億 元 人 民 幣 ?？?見 ，GPS 技 術 市 場 的 應 用 前 景 非 常 可 觀 。 RTK技術在道路測量中的應用及優(yōu)缺點 RTK 技術在道路測量中的應用⑴繪制大比例地形圖：高等級公路選線多是在大比例尺（通常是 1:2022 或 1:1000)帶狀地形圖上進行，用傳統(tǒng)方法測圖, 先要建立控制網(wǎng), 然后進行碎部測量, 繪制成大比例尺地形圖,其工作量大速度慢, 花費時間長。用實時 GPS 動態(tài)測量, 構成碎部點的數(shù)據(jù)。在室內即可由繪圖軟件成圖, 由于只需要采集碎部點的坐標和輸入其屬性信息, 而且采集速度快, 大大降低了測圖的難度, 既省時又省力。 ⑵控制測量：用 GPS 建立控制網(wǎng)，最精密的方法當屬靜態(tài)測量。對大型建筑物，如特大橋、隧道、互通式立交等進行控制，宜用靜態(tài)測量。而一般公路工程的控制 測量，則可采用RTK 動態(tài)測量。這種方法在 測量過程中能實時獲得定位精度。當達到要求的點位精度，即可停止觀測，大大提高了作業(yè)效率。由于點與點之間不要求通視，使得測量更簡便易行。⑶線路勘測：在公路選線過程中，我們往往要按照勘測設計規(guī)范，本著盡量減少占用農田、少拆遷房屋并盡量利用舊路路基這樣一個原則，為了準確設計好道路中線路使其符合設計要求, 我們可以利用 GPSRTK 技術, 用車載 GPSRTK 接收機做流動站，沿原路中線按一定間隔采集數(shù)據(jù)， 選擇另一已知點為參考站，遇到重要地物，準確定位，最后將數(shù)據(jù)傳入計算機，利用 AutoCAD 軟件可以方便在計算機上選線。設計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后，需將公路中線在地面上標定出來，并得到中樁點坐 標及坐標文件。采用實時 GPS 測量，只需將中樁點坐標或坐標文件輸入到 GPS 電子手簿中，系統(tǒng)軟件就會自動定出放樣點的點位由于每個點的測量都是獨立完成的，所以不會產生累計誤差, 各點放樣精度趨于一致。⑷道路的中線測設：設計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后，需將公路在地面標定出來。采用動態(tài) GPS 測量，只需將中線主點的坐標輸入 GPS 接收機中，系統(tǒng)就會定出放樣的點位。由于每個點位的測量都是獨立完成的，不會產生累 積誤差，各點放 樣精度趨于一致。⑸公路縱、橫斷面放樣：公路中線確定，利用中線樁點坐標，通 過繪圖軟件，即可給出路線縱斷面和各樁點的橫斷面。由于所用數(shù)據(jù)都是測繪地形圖時采集來的，因此不需要再到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測量。從而大大減少了外業(yè)工作。如果需要進行現(xiàn)場斷面測量時，也可采用動態(tài) GPS 測量。與傳統(tǒng)方法相比，在精度、經濟、 實用各方面都有明顯的優(yōu)勢。⑹施工測量：動態(tài)GPS系統(tǒng)既有良好的硬件，也有極其豐富的軟件可選擇。施工中對點、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷，精度可達到厘米 級。隨著 動態(tài)GPS 測量技術的不斷發(fā)展、完善，將更加充分的顯示出這一技術的高精度和高效益，它會為公路工程建設的發(fā)展和進步發(fā)揮更大的作用。 RTK技術在道路測量中的優(yōu)缺點⑴優(yōu)點：①工作效率高。在一般的地形地勢下, 高質量的RTK 設站一次即可測量完4km 半徑的測區(qū), 大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的設站次數(shù), 移動 站一人操作即可, 勞動強度底, 作業(yè)速度快, 提高了工作效率。②定位精度高。只要滿足RTK 的基本工作條件, 在一定的作業(yè)半徑范圍內( 一般為4km) , RTK 的平面精度和高程精度都能達到 cm級。③全天候作業(yè) 。RTK 測量不要求基準站、移動站間光學通視, 只要求滿足“電磁波” 通視, 因此和 傳統(tǒng)測量相比, RTK 測量受通視 條件、能 見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制小, 在傳統(tǒng)測量看來難于開展作業(yè)的地區(qū), 只要能滿足RTK 的基本工作條件, 它也能進行快速高精度定位, 使測量工作變得更容易更輕松。④RTK測量自 動化、集成化程度高, 數(shù)據(jù)處理能力強。RTK 可進行多種測量內、外業(yè)工作。移動站利用軟件控制系統(tǒng), 無需人工干 預便可自動實現(xiàn)多種測繪功能, 減少了輔助測量工作和人為誤差, 保證了作業(yè)精度。⑵缺點：①受衛(wèi)星狀況限制。當衛(wèi)星系統(tǒng)位置對美國是最佳時段,但世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋,容易產生假值。另外在高山峽谷及密集森林區(qū)域、城市高樓密布區(qū)域,衛(wèi)星信號被遮擋時間較長,使一天中可作業(yè)時間受限制。產 生假值問題可采用 RTK 測量成果的質量控制方法來發(fā)現(xiàn)。同時注意選擇作業(yè)時間。②電量不足問題 。RTK 耗電量較大,需要多個大容量電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè),在電力供應缺乏的偏遠地區(qū)作業(yè)受到限制。③初始化能力和所需時間問題 。在山區(qū)、林區(qū)或城鎮(zhèn)密樓區(qū)作業(yè)時,GPS 衛(wèi)星信號被阻擋機會較多,容易造成失鎖,需要經常地重新初始化,這樣測量的精度和效率就受到影響。解決這個問題的方法主要是選用初始化能力強、所需時間短的 RTK 機型,如擁有先進技術的 ASHTECH ZX 雙頻 RTK 測量系統(tǒng)。 隨著科學的不斷進步,RTK技術將得到越來越廣泛的應用,在未來也將會有更加先進的技術應用到測量行業(yè)中。一般來說, 影響 RTK 成果精度的因素主要是 GPS 觀測其有誤差源, 除此之外, 還有受基線解算精度、基準站點位精度、坐標系轉換 精度的影響, 但是在 RTK 作業(yè)中, 基線解算精度可以達到 10cm+1μmD。 基準站點位精度平均在 3cm 之內。 坐標系轉換精度, 對于 10km 基線亦在 3cm 以內, 動態(tài) 作業(yè)由于測距偏心, 天線高誤差等, 一般也在 3cm 以內, 至于正常高擬合與內插精度取決于連測點數(shù)目與分布、擬合模型等, 一般在 5cm～10cm 內是能夠做到的。RTK 技術是 GPS 定位技術的一個新的里程牌,它不僅具有GPS技術的所有優(yōu)點,而且可以實時獲得觀測結果及精度,大大提高了作業(yè)效率并開拓了GPS 新的應用領域。由于載波相位測量,差分 處理技術、整周未知數(shù)、快速求解技 術以及移動數(shù)據(jù)通信技術的融合,使RTK在精度、速度、實時性上達到了完 滿的結合,并使得RTK定位技術大大擴展了它的應用范圍。 展望與我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)GPS 是近年來開發(fā)的最具有開創(chuàng)意義的高新技術之一，其全球性、全能性、全天候性的導航定位、定時、測速優(yōu)勢必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用 [7]。在發(fā)達國家，GPS 技術已經應用于交通運輸和道路工程之中。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)﹝BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System﹞ 是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設目標是：建成獨立自主、開放兼容、技術先進、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi) 星導航系統(tǒng)，促 進衛(wèi)星導航產業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi) 星導航應用產業(yè)支撐、推廣和保障體系，推 動衛(wèi)星導航在 國民經濟社會各行業(yè)的廣泛應用。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括 5 顆靜止軌道衛(wèi)星和 30 顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站，用戶段包括北斗用 戶終端以及與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容的終端。衛(wèi)星導航系統(tǒng)是重要的空間信息基礎設施。中國高度重視衛(wèi)星導航系統(tǒng)的建設，一直在努力探索和發(fā)展擁有自主知識產權的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。2022 年，首先建成北斗導航試驗系統(tǒng)，使我國成為繼 美、俄之后的世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導航系統(tǒng)的國家。該 系統(tǒng)已成功應用于 測繪、 電信、水利、漁業(yè)、交通運輸、森林防火、減災救災和公共安全等諸多領域，產 生顯著的經濟效益和社會效益。特別是在 2022 年北京奧運會、汶川抗震救災中發(fā)揮 了重要作用。 為更好地服 務于國家建設與發(fā)展， 滿足全球應用需求，我國啟動實施了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設。我們相信我國北斗系統(tǒng)也會隨著我國經濟的發(fā)展，在高等級公路的快速修建和其在道路工程中的應用也會更加廣泛和深入，并發(fā)揮更大的作用。 第2章 GPSRTK測量相關概念RTK測量技術是經載波相位測量與數(shù)據(jù)傳輸技術相結合的以載波相位測量為依據(jù)的實時差分GPS測量技 術。 GPS測量模式可分為靜 態(tài)測量和動態(tài)測量，而靜態(tài)測量又分為常規(guī)靜態(tài)測量模式和快速測量模式。動態(tài)測量模式分為準動態(tài)測量模式和實時動態(tài)測量模式，而實時動態(tài)測量模式又分為DGPS和RTK方式。 RTK技術與其他測量模式相比，具有定位精度高、測量自動化、集成化程度高、數(shù)據(jù)處理能力強、操作簡單、使用方便的等特點。RTK系統(tǒng)主要由基準站接收機、數(shù)據(jù)鏈及移動接收機三部分組成。通常是利用2臺以上的GPS接收機同時 接收衛(wèi)星信號，其中一臺安置在已知點上作為基準點，另一臺用 來未知點坐標，稱移 動站。基準站根據(jù)該點的準確坐標可求出其他衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并將這一改正數(shù)發(fā) 送給移動站；移動站根據(jù)距離改正數(shù)來改正其定位結果，大大提高了定位精度，從而使實時提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果達到厘米級精度。RTK 技術 根據(jù)差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準站的載波相位修正值發(fā)送給移動站，改正移動站的接收載波相位，再求解三維坐標；差分法是將基準站采集到的載波相位發(fā)送給移動站，進行求差解算三維坐標。RTK系統(tǒng)正常工作必須具備三個條件：第一，基準站和移動站同時接收5顆以上的GPS衛(wèi)星信號；第二，基準站與 移 動站同時接收衛(wèi)星信號和基準站臺發(fā)出的差分信號；第三，移動站要連續(xù)接收GPS衛(wèi) 星信號和基準站發(fā)出的差分信號，也就是說移動站在移動過程中不關機，不能失鎖，否則 RTK 必須重新初始化。 實際工作中的 GPS 測量可劃分為方案設計、外業(yè)實施及內業(yè)數(shù)據(jù)處理三個階段。GPS 測量的方案設計依據(jù)國家有關規(guī)范（規(guī)程）、GPS 網(wǎng)的用途、用戶要求等對網(wǎng)形、精度和基準等進行具體 設計。GPS 測量規(guī)范是指國家測繪管理部門或行業(yè)部門制定的技術法規(guī)，包括：⑴2022 年國家質量技術監(jiān)督檢疫總局和中國國家標準化管理委員會發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》，簡稱《規(guī)范》。⑵1998 年建設部發(fā)布的行業(yè)標準《全球定位系統(tǒng)城市測量規(guī)程》，簡稱《規(guī)程》。⑶各部委根據(jù)本部門GPS測量實際情況制定的其他GPS測量規(guī)程和細則。外業(yè)測量開始前，要進行對點的校核，找準控制點（至少三個），即開始 進行中線測量工作 [2]。中線測量，測量時選路線前進方向進行變化位置放置流動站，每一個里程為一段分隔距離，由已知控制點，流動站手簿軟件即可顯 示此點距離中樁偏移距離及實際高程，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)，移動流動站至地形變化點的中 樁位置，偏 值精度到正負5cm，即可打 樁并記錄樁號、高程。由此可繼續(xù)進行下一里程的中 線測量，每 20公里進行中樁記錄，由此可實時測 得所有里程全部中樁點的三維坐標。橫斷面點測量，在已知中樁的垂直方向上，移 動流動站依次至此樁的橫斷面方向地形變化點處，在距中線左右各20范圍內測出中線垂直方向上點的三維坐標，為繪制橫斷面需求，保持左右方向上的點大致在一個方向上，并根據(jù)實際地形的變化走勢， 在地形復雜的溝、渠、坎、土堆、坑、塘等加密測量特征點,特征點最好高低、上下對應。相對的地勢平坦區(qū)，只采集必要的主要邊界點即可，并在現(xiàn)場繪制草圖,以便內業(yè)數(shù)據(jù)處理。 坐標系和我國常用坐標系 測量常用坐標系一、WGS －84 世界大地坐 標系WGS－84 坐標系的定義是:原點位于地球質心 O，Z 軸指向 定義的協(xié)議地球極(CTP)方向,X 軸指向 的零子午面和 CTP 赤道的交點,Y 軸與X 軸、Z 軸構成右手坐標系。與 WGS－84 坐標系對應的橢球是“WGS－84 橢球” 。其