【文章內(nèi)容簡介】 際 GPS 大地測量和地球動力學服務(wù) 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(shè)北京、上海、武 漢、拉薩、烏魯木齊、西安、西寧、昆明、?？凇⒐枮I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(chǎn)品。目前，GPS 技術(shù)已普遍應(yīng)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(lǐng)域。可見， GPS 定位技術(shù)已經(jīng)使測量技術(shù)經(jīng)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(shù) 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(chǎn) 力 ，已 經(jīng) 融 入 了 國 民 經(jīng) 濟 建 設(shè) 、國 防 建 設(shè) 和 社 會 發(fā) 展 的 各 個應(yīng) 用 領(lǐng) 域隨 著 冷 戰(zhàn) 結(jié) 束 和 全 球 經(jīng) 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(nèi) 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(shù) 的 應(yīng) 用 ，提 高 生 產(chǎn) 力 、作 業(yè) 效 率 、科 學 水 平 以 及人 們 的 生 活 質(zhì) 量 ，刺 激 GPS 市 場 的 增 長 。據(jù) 有 關(guān) 專 家 預(yù) 測 ，在 美 國 ，單 單 是 汽車 GPS 導(dǎo) 航 系 統(tǒng) ，2022 年 后 的 市 場 將 達 到 30 億 美 元 ，而 在 我 國 ，汽 車 導(dǎo) 航 的 市 場 也 將 達 到 50 億 元 人 民 幣 。可 見 ，GPS 技 術(shù) 市 場 的 應(yīng) 用 前 景 非 常 可 觀 。 RTK技術(shù)在道路測量中的應(yīng)用及優(yōu)缺點 RTK 技術(shù)在道路測量中的應(yīng)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(gòu)成碎部點的數(shù)據(jù)。在室內(nèi)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(shè)計規(guī)范，本著盡量減少占用農(nóng)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(shè)計好道路中線路使其符合設(shè)計要求, 我們可以利用 GPSRTK 技術(shù), 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(shè)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(chǎn)生累計誤差, 各點放樣精度趨于一致。⑷道路的中線測設(shè)：設(shè)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(chǎn)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(jīng)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(shù)的不斷發(fā)展、完善，將更加充分的顯示出這一技術(shù)的高精度和高效益，它會為公路工程建設(shè)的發(fā)展和進步發(fā)揮更大的作用。 RTK技術(shù)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(zhì)量的RTK 設(shè)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(shè)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(nèi)( 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(nèi)、外業(yè)工作。移動站利用軟件控制系統(tǒng), 無需人工干 預(yù)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(chǎn)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(chǎn) 生假值問題可采用 RTK 測量成果的質(zhì)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(yīng)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(jīng)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(shù)的 ASHTECH ZX 雙頻 RTK 測量系統(tǒng)。 隨著科學的不斷進步,RTK技術(shù)將得到越來越廣泛的應(yīng)用,在未來也將會有更加先進的技術(shù)應(yīng)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(zhuǎn)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(nèi)。 坐標系轉(zhuǎn)換精度, 對于 10km 基線亦在 3cm 以內(nèi), 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(nèi), 至于正常高擬合與內(nèi)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(nèi)是能夠做到的。RTK 技術(shù)是 GPS 定位技術(shù)的一個新的里程牌,它不僅具有GPS技術(shù)的所有優(yōu)點,而且可以實時獲得觀測結(jié)果及精度,大大提高了作業(yè)效率并開拓了GPS 新的應(yīng)用領(lǐng)域。由于載波相位測量,差分 處理技術(shù)、整周未知數(shù)、快速求解技 術(shù)以及移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)的融合,使RTK在精度、速度、實時性上達到了完 滿的結(jié)合,并使得RTK定位技術(shù)大大擴展了它的應(yīng)用范圍。 展望與我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)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(shù)之一，其全球性、全能性、全天候性的導(dǎo)航定位、定時、測速優(yōu)勢必然會在諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用 [7]。在發(fā)達國家，GPS 技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于交通運輸和道路工程之中。北斗衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)目標是：建成獨立自主、開放兼容、技術(shù)先進、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)，促 進衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈形成，形成完善的國家衛(wèi) 星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)支撐、推廣和保障體系，推 動衛(wèi)星導(dǎo)航在 國民經(jīng)濟社會各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。北斗衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。中國高度重視衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，一直在努力探索和發(fā)展擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2022 年，首先建成北斗導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)的國家。該 系統(tǒng)已成功應(yīng)用于 測繪、 電信、水利、漁業(yè)、交通運輸、森林防火、減災(zāi)救災(zāi)和公共安全等諸多領(lǐng)域，產(chǎn) 生顯著的經(jīng)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(zāi)中發(fā)揮 了重要作用。 為更好地服 務(wù)于國家建設(shè)與發(fā)展， 滿足全球應(yīng)用需求，我國啟動實施了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)。我們相信我國北斗系統(tǒng)也會隨著我國經(jīng)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(yīng)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(guān)概念RTK測量技術(shù)是經(jīng)載波相位測量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測量為依據(jù)的實時差分GPS測量技 術(shù)。 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(shù)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?；鶞收靖鶕?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(jié)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(jié)果達到厘米級精度。RTK 技術(shù) 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(guān)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(shè)計、外業(yè)實施及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三個階段。GPS 測量的方案設(shè)計依據(jù)國家有關(guān)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(shè)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(shù)法規(guī)，包括：⑴2022 年國家質(zhì)量技術(shù)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(shè)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(nèi)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(fù)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(yīng)。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(nèi)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(zhì)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(gòu)成右手坐標系。與 WGS－84 坐標系對應(yīng)的橢球是“WGS－84 橢球” 。其