文述生 王江林 李寧 閆少霞

摘 要：作者對(duì)GNSS RTK測(cè)量技術(shù)的概念及其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行詳盡分析與研究，并對(duì)GNSS RTK在測(cè)繪測(cè)量中的精度估計(jì)進(jìn)行了具體闡述，旨在為未來(lái)GNSS RTK技術(shù)在我國(guó)測(cè)繪測(cè)量領(lǐng)域中得到更好地推廣與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GNSS RTK；測(cè)繪測(cè)量；推廣；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）25-0011-04

Abstract： The concept and practice of GNSS RTK are analyzed and studied in detail， and the precision estimation of GNSS RTK in surveying and mapping is described in detail. The purpose of this paper is to promote and apply GNSS RTK technology in the field of surveying and mapping in our country in the future.

Keywords： GNSS RTK； surveying and mapping； promotion； application of technology

引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的促進(jìn)下，GNSS RTK技術(shù)早已在相關(guān)領(lǐng)域得到了較為廣泛的推廣與應(yīng)用。GNSS RTK技術(shù)是一種動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，它主要由GNSS全球定位系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)的傳送技術(shù)兩部分組成。GNSS全球定位系統(tǒng)是GNSS RTK技術(shù)系統(tǒng)的主要組成部分，它的工作原理是利用衛(wèi)星完成導(dǎo)航定位的相關(guān)操作，定位完成后通過(guò)無(wú)線傳輸將所測(cè)數(shù)據(jù)信息發(fā)送至觀測(cè)站，最后系統(tǒng)再對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行處理與計(jì)算，得到精確坐標(biāo)。

GNSS RTK技術(shù)在我國(guó)已有幾十年的發(fā)展歷史，技術(shù)系統(tǒng)已逐漸得到完善與成熟，并在各種測(cè)量工程中獲得發(fā)展契機(jī)。GNSS RTK技術(shù)具有精度高、效率高、實(shí)用性強(qiáng)以及操作便捷等優(yōu)良特性，因此獲得了許多測(cè)量人員的支持與喜愛。任何一個(gè)系統(tǒng)都是由各個(gè)分支或單元格所組成，GNSS RTK技術(shù)也不例外，該項(xiàng)技術(shù)由兩個(gè)核心部分構(gòu)成，它們分別是基準(zhǔn)站部分和核心站部分，GNSS RTK技術(shù)則是通過(guò)在這兩站點(diǎn)上放置GNSS RTK接收機(jī)來(lái)完成測(cè)量工作，顯而易見，基準(zhǔn)站與核心站的主要功能是實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)信息的有效傳遞。通常在野外進(jìn)行實(shí)地測(cè)量時(shí)，GNSS RTK技術(shù)的定位精度能達(dá)到厘米級(jí)，該種程度的定位精度是由于技術(shù)系統(tǒng)采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分析方法，從而實(shí)現(xiàn)GNSS RTK技術(shù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位，此種高精度的測(cè)量手段對(duì)GNSS RTK技術(shù)應(yīng)用而言意義非凡，并廣泛應(yīng)用至地形勘測(cè)、建筑設(shè)計(jì)等工程。由上文可知，GNSS RTK技術(shù)促進(jìn)了控制測(cè)量的持續(xù)發(fā)展，極大程度的提高了測(cè)繪測(cè)量的工作效率與質(zhì)量。

1 GNSS RTK技術(shù)

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的悄然而至，GNSS技術(shù)在我國(guó)很多領(lǐng)域已得到了較為廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。尤其是在測(cè)繪測(cè)量工程中，GNSS技術(shù)的優(yōu)良特性更是得到了廣泛推廣。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷促進(jìn)下，GNSS技術(shù)逐漸完善及成熟，且由于GNSS RTK測(cè)量測(cè)繪技術(shù)兼容性強(qiáng)、適用范圍廣，因此該項(xiàng)技術(shù)常被應(yīng)用于交通建設(shè)和地形測(cè)繪等工程。除此之外，GNSS RTK自身技術(shù)基準(zhǔn)度高及實(shí)用性強(qiáng)，并且能有效縮短測(cè)量時(shí)間、節(jié)約投資成本。

GNSS RTK技術(shù)源自于美國(guó)，現(xiàn)階段，定位系統(tǒng)種類繁多，人們可通過(guò)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)事物的準(zhǔn)確定位，且該過(guò)程無(wú)需過(guò)多人工操作。此外，GNSS RTK技術(shù)具有定位立體性強(qiáng)、質(zhì)量佳及效率高等特點(diǎn)，因此被許多測(cè)繪項(xiàng)目廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)末，相關(guān)研究學(xué)者以GNSS技術(shù)為基礎(chǔ)，研發(fā)出了GNSS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)技術(shù)（GNSS RTK技術(shù)），該技術(shù)能將測(cè)量精度控制在厘米范圍內(nèi)，且還能持續(xù)進(jìn)行導(dǎo)航定位，從某種角度上看GNSS RTK技術(shù)極大地提高了測(cè)繪測(cè)量工程的經(jīng)濟(jì)效益。

GNSS RTK技術(shù)測(cè)量手段離不開GNSS信息收發(fā)儀器，該設(shè)備能將所監(jiān)測(cè)到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行24小時(shí)跟蹤觀測(cè)，并利用無(wú)線傳輸設(shè)備將所測(cè)、數(shù)據(jù)信息等發(fā)送出去。此外，在陸地上的接收設(shè)備在進(jìn)行GNSS信號(hào)采集時(shí)，需使用電傳導(dǎo)儀器來(lái)收集和處理測(cè)繪信息?？偠灾?，GNSS RTK技術(shù)操作簡(jiǎn)單，并在保證測(cè)量結(jié)果可靠性和精確度的基礎(chǔ)上完成各種測(cè)繪任務(wù)，并為建設(shè)項(xiàng)目帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。GNSS RTK技術(shù)手段通過(guò)載波相位信息和數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算出事物的精確地理坐標(biāo)。

任何測(cè)量工程都無(wú)法避免誤差的產(chǎn)生，因此為了減少GNSS技術(shù)在測(cè)量時(shí)公共誤差的產(chǎn)生，需進(jìn)行多處、多次測(cè)量，簡(jiǎn)而言之亦就是利用一個(gè)觀測(cè)站來(lái)觀測(cè)兩個(gè)物體、對(duì)所觀測(cè)的物體進(jìn)行多次觀測(cè)或用多個(gè)觀測(cè)站同時(shí)觀測(cè)同一物體，此種多處、多次測(cè)量的測(cè)量手段能有效的減少誤差產(chǎn)生。

收集相關(guān)資料是進(jìn)行GNSS RTK技術(shù)測(cè)量前需做好的準(zhǔn)備工作，并根據(jù)這些資料來(lái)制定合理的實(shí)施方案。除此之外，還需準(zhǔn)備好測(cè)量設(shè)備，并根據(jù)所測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況來(lái)選擇參數(shù)坐標(biāo)。通常，我們采用OTF計(jì)算法對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算與處理，并且完成數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)工作人員需獲取相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，可直接在數(shù)據(jù)庫(kù)中下載資料，最后對(duì)所下載到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與研究，得出結(jié)論。

2 GNSS RTK在測(cè)繪測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 GNSS RTK 測(cè)量技術(shù)在公路建設(shè)工程中的應(yīng)用

公路建設(shè)工程是我國(guó)交通建設(shè)的重要組成部分，隨著城市化建設(shè)的不斷加快，大力加強(qiáng)公路建設(shè)勢(shì)在必行。公路縱橫斷面的設(shè)計(jì)需利用測(cè)繪手段對(duì)橫斷面處進(jìn)行測(cè)量，且必須進(jìn)行中樁放樣操作。公路建設(shè)工程需據(jù)路況設(shè)計(jì)的坐標(biāo)線路，再利用水準(zhǔn)儀設(shè)備進(jìn)行抄平工作，在此過(guò)程中還需測(cè)量線路的左側(cè)端。通常在中樁放樣中都采用全站儀設(shè)備，但由于近年來(lái) GNSS RTK技術(shù)不斷得到優(yōu)化與更新，因此它在許多測(cè)繪測(cè)量項(xiàng)目中逐漸取代了全站儀的工作角色，進(jìn)抄平工作和測(cè)量工路縱斷面是公路測(cè)量的關(guān)鍵部分，GNSS RTK技術(shù)能在水平儀出現(xiàn)測(cè)量速度滯后的情況下給與實(shí)時(shí)的測(cè)量，由此便有效避免了環(huán)節(jié)脫離的現(xiàn)象。

2.2 GNSS RTK測(cè)量技術(shù)在鐵路測(cè)量中的應(yīng)用

近年來(lái)，GNSS RTK 測(cè)量技術(shù)在鐵路測(cè)量中的應(yīng)用日益廣泛，實(shí)時(shí)勘測(cè)與定測(cè)放樣是鐵路測(cè)量工程的主要工作內(nèi)容。地形測(cè)圖需具備立體性， GNSS RTK技術(shù)通過(guò)對(duì)基準(zhǔn)站進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整與設(shè)置即可完成三維坐標(biāo)計(jì)算，最后結(jié)合使用應(yīng)用軟件就能得到鐵路立體地形測(cè)圖。除此之外，目標(biāo)物間的距離計(jì)算尤為重要，它亦是放樣的主要工作內(nèi)容，通過(guò)目標(biāo)物間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析與研究，得出事物地理坐標(biāo)。

2.3 GNSS RTK測(cè)量技術(shù)在礦業(yè)測(cè)量當(dāng)中的應(yīng)用

當(dāng)前，礦山開采工程亦離不開GNSS RTK測(cè)量技術(shù)，通常開采環(huán)境復(fù)雜及條件艱苦，因此礦業(yè)測(cè)量往往都會(huì)受地形影響，從而導(dǎo)致測(cè)量工作的進(jìn)程和測(cè)量結(jié)果差強(qiáng)人意。由于傳統(tǒng)礦業(yè)測(cè)量已無(wú)法滿足當(dāng)前市場(chǎng)所需，因此在礦山開采中引入GNSS RTK動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)尤為必要，該項(xiàng)技術(shù)能有效避免了測(cè)量誤差，且能在一定程度上削弱外界環(huán)境對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的消極影響。

2.4 GNSS RTK測(cè)量技術(shù)在裝機(jī)基礎(chǔ)施工測(cè)量中的應(yīng)用

裝機(jī)基礎(chǔ)施工通常工作量大、施工時(shí)間短、施工范圍廣，因此傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)無(wú)法滿足對(duì)于當(dāng)前裝機(jī)基礎(chǔ)施工要求，但是GNSS RTK技術(shù)能有效解決在墩樁基礎(chǔ)中心放樣的問(wèn)題，且該過(guò)程無(wú)需過(guò)多人工操作。除此之外，GNSS RTK技術(shù)還可結(jié)合相關(guān)應(yīng)用軟件層來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理及放樣。

2.5 GNSS RTK 測(cè)量技術(shù)在航跡測(cè)量中的應(yīng)用

航運(yùn)是我國(guó)交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，航運(yùn)技術(shù)也在隨之得到有效提升。通常在傳統(tǒng)航跡測(cè)量過(guò)程中需耗費(fèi)大量人力資源和投資成本，且在河水湍急時(shí)，測(cè)量工作無(wú)法正常開展，同時(shí)還會(huì)給測(cè)量工作者的人身安全構(gòu)成威脅。相較于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)， GNSS RTK技術(shù)不僅能保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，且還能有效節(jié)約人力資源和物力資源，使工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全得到保障?；鶞?zhǔn)站能為航跡測(cè)量提供合理的測(cè)量位置，并在所測(cè)區(qū)域內(nèi)還可引導(dǎo)工作人員完成數(shù)據(jù)信息的記錄，最后再根據(jù)所得數(shù)據(jù)，完成航船的航跡線路顯示。

3 GNSS RTK在測(cè)繪測(cè)量中的精度估計(jì)

介于GNSS RTK測(cè)量技術(shù)可實(shí)現(xiàn)快速獲取基準(zhǔn)站的地理坐標(biāo)及精度指標(biāo)，因此被廣泛引用至各種測(cè)繪項(xiàng)目。但由于任何測(cè)量都存在誤差，因此GNSS RTK測(cè)量技術(shù)在實(shí)際操作中仍存在一定缺陷，例如流動(dòng)站支點(diǎn)相互獨(dú)立，不具幾何特征，因此測(cè)量結(jié)果往往缺乏可靠性。相關(guān)部門通常會(huì)對(duì)測(cè)量成果用GNSS靜態(tài)測(cè)量法對(duì)實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)進(jìn)行比較，從而來(lái)判斷測(cè)量結(jié)果是否可靠，但由于缺乏明確指標(biāo)，因此無(wú)法對(duì)其精度進(jìn)行判斷?；诖?，本章將會(huì)對(duì)GNSS RTK測(cè)量結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)和精度估算。

3.1 GNSS RTK測(cè)量成果的坐標(biāo)檢測(cè)法精度估計(jì)

在改式定權(quán)時(shí)，式（4）中的項(xiàng)可采用GNSS RTK測(cè)量接收設(shè)備完成進(jìn)度值的代入。

由點(diǎn)位較差計(jì)算處理后，再結(jié)合GNSS RTK測(cè)量技術(shù)手段，可得出單位全中誤差可表示為：

同上，點(diǎn)位較差的權(quán)和單位區(qū)域內(nèi)的權(quán)中誤差i點(diǎn)位的表達(dá)式如下：

得到計(jì)算公式后，再將控制點(diǎn)位中誤差的數(shù)據(jù)值代入式（3），則可求得該點(diǎn)位中誤差的允許值。

3.2 GNSS RTK測(cè)量成果的邊長(zhǎng)檢測(cè)法精度估計(jì)

在本次研究中，我們假設(shè)全站儀的兩個(gè)控制點(diǎn)的邊長(zhǎng)為S'i，并利用GNSS RTK測(cè)量技術(shù)反算出量控制點(diǎn)間的周長(zhǎng)為Si，（i=1，2…，n），較差表示為：

由上文式（5）計(jì)算后可得出各邊的邊長(zhǎng)較差的相對(duì)誤差為dSi/Si=1/Ni1，再由式（9）及式（10）可求得邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為'dSi/Si=Nj2。

3.3 GNSS RTK測(cè)量及檢測(cè)限差討論

將式（7）中兩控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差假設(shè)為相等，由此可獲得以下控制網(wǎng)反算的極限值，并按測(cè)量規(guī)范，將這四等進(jìn)行階段劃分，可求得等級(jí)網(wǎng)點(diǎn)的邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差的相關(guān)數(shù)值表（如表1 所示），再由式（6）可得以下公式：

得到上式后，再用對(duì)應(yīng)等級(jí)控制網(wǎng)觀測(cè)邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差1/N1和反算出邊長(zhǎng)中誤差的極限值1/N2代入可得：

按國(guó)家相關(guān)測(cè)量規(guī)定可知，側(cè)邊網(wǎng)測(cè)距精度指標(biāo)由上文計(jì)算公式可分別得出控制網(wǎng)各邊長(zhǎng)較差中誤差、相對(duì)中誤差等限值（如表2所示）。

4 案例分析

為檢測(cè)GNSS RTK測(cè)量定位精度，現(xiàn)對(duì)原有控制點(diǎn)采用GNSS RTK技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，假設(shè)原有中誤差的極限值為20mm，具體數(shù)值如表3所示，現(xiàn)用坐標(biāo)檢測(cè)法對(duì)結(jié)果進(jìn)行精度檢測(cè)。

表4點(diǎn)位較差結(jié)構(gòu)都小于極限值，當(dāng)0取10mm時(shí)，計(jì)算各邊長(zhǎng)的中誤差（如表5所示）。

且為估算GNSS RTK測(cè)量的精度，全程測(cè)量均采用GNSS RTK技術(shù)，用相關(guān)設(shè)備測(cè)繪邊長(zhǎng)計(jì)算出相關(guān)誤差（如表6所示），且亦能說(shuō)明GNSS RTK測(cè)量精度高、質(zhì)量佳。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的持續(xù)提升，當(dāng)前我國(guó)GNSS RTK測(cè)量技術(shù)的綜合水平亦逐步得到成熟與完善，并經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化與革新后能更大程度的滿足各種測(cè)繪項(xiàng)目的精度和密度要求，且其測(cè)量精度及可靠性也滿足當(dāng)前市場(chǎng)要求，簡(jiǎn)而言之，這正是GNSS RTK技術(shù)能在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的環(huán)境中獲得生存與發(fā)展契機(jī)的主要原因。GNSS RTK技術(shù)是GNSS技術(shù)的加強(qiáng)版，它以GNSS技術(shù)為基礎(chǔ)，為我國(guó)土地資源的可持續(xù)性發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，相信在網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)時(shí)代背景之下，GNSS RTK技術(shù)勢(shì)必會(huì)得到更為廣闊的發(fā)展前景。通過(guò)本文對(duì)GNSS RTK測(cè)量技術(shù)在鐵路測(cè)量、礦業(yè)測(cè)量、裝機(jī)基礎(chǔ)施工測(cè)量以及航跡測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用研究不難發(fā)現(xiàn)，GNSS RTK技術(shù)精度高、操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣等優(yōu)良特性。除此之外，該項(xiàng)技術(shù)還能有效改善傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)上所存在缺陷，從而促進(jìn)了測(cè)繪工程的整體發(fā)展。

在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，GNSS RTK測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用遠(yuǎn)不止局限于本文所分析的四個(gè)方面，相信隨著GNSS RTK測(cè)量技術(shù)的不斷成熟與完善，該項(xiàng)技術(shù)將會(huì)獲得更多測(cè)量人員及測(cè)繪領(lǐng)域的選擇與支持，但除此之外，在實(shí)際測(cè)量中工作人員需具備豐富的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)及理論基礎(chǔ)知識(shí)，這樣才能促使GNSS RTK測(cè)量技術(shù)更好地服務(wù)于測(cè)量項(xiàng)目工程。

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