测绘工程中GPS-RTK定位技术的应用

测绘工程中GPS-RTK定位技术的应用

杜中江

韶关市测绘研究院有限公司，广东省韶关市，512000

摘要：GPS-RTK定位技术作为现代测绘工程中的重要手段，具有高精度、实时性强等优势，在工程建设领域广泛应用。基于此，本文探讨GPS-RTK定位技术在测绘工程中的运用策略，并对其应用进行系统总结与分析，以供参考。

关键词：测绘工程；GPS-RTK技术；定位技术

引言：随着现代测绘工程的发展，对精度和效率的要求越来越高。传统的测量方法受到时间、空间限制，难以满足需求。而GPS-RTK定位技术以其高精度和实时性的特点成为解决方案。它通过在基准站和移动站之间进行无线通信和数据交流，实现快速、准确的测量与定位。

1. GPS-RTK定位技术概述

GPS-RTK（Real-Time Kinematic）定位技术是一种高精度、实时性较强的全球定位系统（GPS）定位解算技术。它通过接收来自多颗卫星的信号，并结合基准站和移动站之间的数据通信，实现对移动站位置的快速和精确定位。GPS-RTK技术利用网络中的基准站和移动站之间的数据通信，实现对移动站位置的差分增强。基准站已知其精确位置，它接收到来自卫星的信号后测量位置，然后将这些数据与其已知位置进行比较，计算并记录误差信息。同时，基准站将这些误差信息传输给移动站。该技术的实现原理如图1所示。

图 1 GPS-RTK技术的实现原理

GPS-RTK技术采用载波相位观测方式，而不是传统的码跟踪观测方式。在传统GPS定位中，只使用伪距观测进行定位计算，而在RTK中，接收器除了接收到卫星的伪距信号外，还会接收到卫星的载波信号。通过精确测量载波信号的相位差，并根据这些相位差计算出误差信息，可以提高定位精度。双差改正是消除大气延迟、钟差等误差对定位结果的影响的方法。具体而言，双差改正是通过将移动站与基准站之间测量的卫星信号的相位差与基准站之间测量的信号相位差进行比较，然后计算出移动站相对于基准站的位置误差[1]。

GPS-RTK技术能够在实时性要求较高的场景中进行位置解算。基准站和移动站之间的差分数据通信是实时的，可以快速地将基准站的误差信息传递给移动站，使得移动站能够实时地进行位置解算。在移动站端，通过将差分改正应用于移动站的伪距观测量和载波相位观测量，进行解算，得到高精度的位置信息。

2. GPS-RTK定位技术在测绘工程中的运用策略

2.1基准站的设置与测量

选择合适的基准站对于整个测绘工程的成功至关重要。基准站应该位于已知的准确位置，通常会选择在已有地理控制网中的控制点上进行布设。这些控制点是由专业测绘人员以高精度方式测量得到的，其坐标已知并具有可靠性。在选择好基准站后，需要将其准确地布设在需要进行测绘的区域内。基准站通常采用三脚架或者其他固定支架，以保证其稳定性和准确性。同时，基准站应远离干扰源，例如高建筑物、山脉等，以避免信号的阻塞或反射。基准站通过GPS接收器接收到卫星信号，并记录伪距观测值和载波相位观测值。其中，伪距观测值是指基准站测量接收到信号的时间差，由此计算出与卫星之间的距离；载波相位观测值是指基准站测量接收到信号的相位差，可以提供更高的精度。基准站通过对接收到的卫星信号进行处理，并使用精密的算法来确定自身的位置。这个过程涉及伪距观测值和载波相位观测值的精细计算，以及针对接收到的多颗卫星信号进行解算和校正。GPS接收器可以选用Leica GR10、Trimble R10等型号，它们具有高灵敏度和精确性，适合用于基准站的设置和测量。最后，将基准站的已知位置与通过卫星测量得到的位置进行比较，计算出差分改正数值。差分改正数值反映了基准站位置误差和卫星信号传播误差等因素对测量结果的影响。这些数值包括伪距改正和载波相位改正等，用于修正移动站的测量值[2]。

2.2移动站的设置与测量

移动站需要与基准站进行数据通信，以接收基准站传输的差分改正数值。为确保数据传输的稳定和可靠，可以使用无线电通信技术，如蓝牙或无线局域网（WiFi）。在设置移动站时，需要确保移动设备与基准站之间的通信连接畅通，并正确配置相关参数。移动站在测量过程中同时记录伪距观测值和载波相位观测值，这些观测值将用于后续的数据处理和测量校正。

在移动站的设置和测量过程中，需要注意一些重要事项，首先，确保移动站的GPS接收器进行准确的校准。这可以通过使用已知坐标的控制点进行实地验证来完成。其次，避免移动站在测量过程中受到遮挡物的影响，例如高建筑物、树木或山脉等。这些遮挡物可能导致卫星信号的阻塞或反射，影响测量结果的精度和可靠性。最后，还需要确保移动站的时间与基准站保持同步。这可以通过使两者采用相同的时间源或使用差分全球定位系统（DGPS）进行实时校正来实现。时间同步对于计算差分改正数值是至关重要的，以确保移动站测量结果的准确性和一致性。

2.3实时解算

移动站需要接收来自基准站传输的差分改正数值。这些差分改正数值包括伪距差分改正数和载波相位差分改正数。伪距差分改正数是通过计算基准站与移动站之间的距离差得到的，而载波相位差分改正数则利用移动站和基准站接收到的卫星信号的相位差来计算。这些差分改正数值会对移动站的观测值进行修正，消除掉大部分系统误差，提高位置测量的精度。在接收到差分改正数值后，移动站会将其应用于观测值计算中。观测值可以包括伪距观测值和相位观测值。伪距观测值是指移动站接收到卫星信号的时间差，通过计算与卫星之间的距离。相位观测值则是指移动站接收到卫星信号的相位差，提供更高的测量精度。这些观测值会在实时解算中起到关键作用。移动站利用观测值和差分改正数值进行实时解算。解算过程中，会使用GPS-RTK算法，例如基于卡尔曼滤波的算法，通过迭代计算来实现位置信息的估计。该算法考虑了多个因素，如载波相位、信号传播延迟、卫星轨道误差等，并结合移动站和基准站的观测数据进行优化计算。这样可以得到高精度的位置信息，通常以经度、纬度和高程表示。

2.4数据采集与处理

测绘人员使用全球导航卫星系统（GNSS）接收器，如高精度的GPS接收器。与此同时，测绘人员也可以使用专业的数据采集软件，例如Trimble TerraSync、ESRI Collector等，以便方便地记录和管理位置数据。测绘人员需要在实地操作时保持设备的稳定性，避免因为移动或振动而导致位置数据的误差。在采集数据时，应选择适当的时间段，以确保观测到足够数量的卫星信号，并减少可能的干扰。此外，尽量选择较为开阔、无遮挡的地理环境，以提供较好的接收条件。

结束语：GPS-RTK定位技术在测绘工程中具有许多优势，如高精度、实时性强等，能够满足现代工程建设对定位精度和效率的要求。然而，也需要注意GPS信号受遮挡的影响以及数据处理的准确性等问题。因此，在实际应用中，需要根据具体需求进行策略调整，以提高测绘工程的质量和效益。

参考文献：

[1]朱皓月. GPS-RTK测量应用于矿山地质测绘的探讨[J]. 中国金属通报,2023,(02):237-239.

[2]崔腾飞. 基于GPS-RTK技术的数字地籍图测绘应用研究[J]. 技术与市场,2022,29(08):108-110.