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摘要：GPS-RTK 技术已为测量界普遍地接受，并得到越来越广泛的应用。虽然还有其不足之处，如受卫星状况限制、天空环境影响、数据链传输受干扰和限制、初始化能力和所需时间问题等，但由于其只要满足工作条件，RTK 具有高精度、速度快的特点，在工程测量中应用越来越广泛。本文介绍了GPS 构成和GPS RTK 工作原理，探讨了GPS-RTK 技术在工程测量中的相关应用。
关键词：GPS RTK工程测量工作原理应用
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
随着社会和经济建设的快速发展，基础建设与工程建设迎来前所未有的发展机遇，以GPS为基础的RTK 技术也迅速发展起来，并在工程测量领域发挥着重大作用。RTK 技术是大地测量、空间技术、卫星技术、无线电通讯与计算机技术的综合集成，又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测值的差分方法。差分GPS 有两种形式：一种是RTK 技术；另一种是RTD 技术。RTK 技术的全称是实时动态载波相位差分技术，即Real Time Kinematic Technique。RTD 技术的全称是实时伪距差分(或叫平滑伪距差分) 技术。当前RTD 技术的定位精度较低，尚不能满足工程测量的精度要求，而RTK技术的定位精度已能达到厘米级，完全可以满足一般工程测量的精度要求。
一、GPS 简介
1、GPS 构成
GPS 主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。1) GPS 空间卫星星座由21 颗工作卫星和3 颗在轨备用卫星组成。24 颗卫星均匀分布在6 个轨道平面內, 轨道平面的倾角为55°, 卫星的平均高度为20 200 km, 运行周期为11 h 58 min。卫星用L 波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号, 导航定位信号中含有卫星的位置信息, 使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻, 在高度角15°以上, 平均可同时观测到6 颗卫星, 最多可达到9 颗。
GPS 地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS 卫星的观测数据, 计算各卫星的轨道参数、钟差参数等, 并将这些数据编制成导航电文, 传送到注入站, 再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
GPS 用户设备由GPS 接收机、数据处理软件及其终端设备( 如计算机) 等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号, 跟踪卫星的运行, 并对信号进行交换、放大和处理, 再通过计算机和相应软件, 经基线解算、网平差,求出GPS 接收机中心( 测站点) 的三维坐标。
2、GPS RTK 工作原理
（1）GPS RT K 定位原理
GPS 定位是根据测量中的距离交汇定点原理实现的。在待测点Q 设置GPS 接收机, 在某一时刻GPS 同时接收到3 颗( 或3颗以上) 卫星S1, S2 , S3 所发出的信号。通过数据处理和计算, 可求得该时刻接收机天线中心( 测站点) 至卫星的距离p 1, p 2, p 3。根据卫星星历可查到该时刻3 颗卫星的三维坐标( X i, Yi , Zi ) , i =1, 2, 3, 从而由下式解算出Q 点的三维坐标( X , Y, Z) :
p 21= (X - X 11 ) 2+ ( Y- Y1) 2+ ( Z- Z11) 2,
p 22= (X - X 2 ) 2+ ( Y- Y2) 2+ ( Z- Z2) 2,
p 23= (X - X 3 ) 2+ ( Y- Y3) 2+ ( Z- Z3) 2。
（2）RTK 的定位原理
RTK( Real Time Kinematic) 技术又称载波相位差分技术, 是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。载波相位差分方法分为两类: （1）修正法。即将基准站的载波相位修正值发送给流动站, 改正扰动站接收到的载波相位, 再求解坐标, 属于准RTK技术; （2）差分法。即先求解起始相位差整周模糊度( RT K 初始化) , 然后进行实时差分, 属真准RTK 技术。它要求基准站GPS接收机实时地把观测数据传输给流动站GPS 接收机, 流动站GPS接收机, 流动站将接收到的数据连同自身采集到的数据进行实时差分处理, 可实时求解出厘米级的流动站三维坐标。
二、GPS-RTK 技术在工程测量中的相关应用
1、控制测量中的应用
整体控制测量和局部加密控制测量是常规测量中所要进行的两个步骤，在整体控制时就必须考虑到后面加密工作的开展。常常因为要进行局部加密控制而要测量一级导线，然后在此基础上再进行图根控制，这样就花费了大量的人力、物力。而采用GPS-RTK系统来进行控制测量，在首级控制测量时，无需考虑通视方向点，无需进行更多的加密控制，如测导线测图根点之类的工作，只需将移动站放在所需的控制点上平滑采集5S 即可得出坐标。这就使得在首级控制选点位时，只需考虑其实用性及设基准站的安全性。因此，GPS-RTK 测量技术能够大大提高控制测量的工作效率、减轻劳动强度。
2、施工放样中的应用
放样是测量的一个应用分支，在地籍测量中和工程施工中经常使用。它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来。放样的方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样，距离交会，等等。利用以上方法放样出点的位置时，往往需要根据测量的结果来回移动目标，直至到达点位。放样同测图一样，需要通视情况良好，需要跑尺者和观测者，工作效率低。采用RTK 技术放样时，可以在室内用专用软件将要放样的点（或线）坐标编辑好，传输到GPS的手簿中，便可以在野外进行操作。操作时，按提示选择放样点后，GPS－RTK 会实时解算出天线所在位置的坐标，同时与待放样的坐标进行比较，得出两者之间的坐标差，再通过手簿的界面文字和图形导航到点。
3、断面测量中的应用
用常规方法在断面测量过程中常常会碰到断面桩无方向点或测量断面需要很多分站才能完成。而利用GPS-RTK 接收机配合手薄记录、采用RTK 技术可实时采集断面的三维坐标数据，可以很好地解决这些问题，无须考虑通视方向和分站测量，而且利用手簿实时显示断面图结果，可以很直观地检查断面状况与实地地形，减少了不少的内业工作量。
4、碎部测量中的应用
传统的碎部测量一般是根据测区已有的图根控制点，利用平板仪测图或使用全站仪测图，使用全站仪时，测每个点均输入该点的地物编码，然后再利用成图软件成图，这些方法作业时要求测站点和被测的周围地物地貌等碎部点之间一定要通视，而且一台仪器至少要求2～3 人同时进行作业。采用RTK 技术进行测图时，不要求通视，架设好基准站后，仅需一人拿着仪器便可以开始测量。测量时，测量员在仪器已经初始化（获得固定解）的情况下，在要测的地形地貌碎部点上，将测杆对中、让气泡居中后，开始测量几秒钟，就能获得该点的坐标，精度达到要求后就可保存，保存点时输入该点的特征编码，把一个区域内的地形地物点位测定后，利用专业数据传输和处理软件可以输出所有的测量点。用RTK技术测定点位不要求点间通视，仅需一人操作，便可完成测图工作，大大提高了测图的工作效率。
5、水下测量中的应用
通常在进行水下测量工作中，至少要2人看水位做验潮工作，而且测水工作还常常受波浪，船型姿态等影响。而采用GPS-RTK进行水下地形测量，利用其三维定位速度快、精度高的特点，可以实行无验潮测水，受波浪影响小，既节省人力又提高精度。
参考文献：
[1]李翔.GPS-RTK 技术在工程测量中的应用[J].甘肃水利水电技术，2010，46(4):39-42.
[2]许志强. 曹录. GPS-RTK 技术在地形测量中的应用[J] . 中国科技博览，2009，（28）：140.
关键词：GPS RTK工程测量工作原理应用
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
随着社会和经济建设的快速发展，基础建设与工程建设迎来前所未有的发展机遇，以GPS为基础的RTK 技术也迅速发展起来，并在工程测量领域发挥着重大作用。RTK 技术是大地测量、空间技术、卫星技术、无线电通讯与计算机技术的综合集成，又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测值的差分方法。差分GPS 有两种形式：一种是RTK 技术；另一种是RTD 技术。RTK 技术的全称是实时动态载波相位差分技术，即Real Time Kinematic Technique。RTD 技术的全称是实时伪距差分(或叫平滑伪距差分) 技术。当前RTD 技术的定位精度较低，尚不能满足工程测量的精度要求，而RTK技术的定位精度已能达到厘米级，完全可以满足一般工程测量的精度要求。
一、GPS 简介
1、GPS 构成
GPS 主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。1) GPS 空间卫星星座由21 颗工作卫星和3 颗在轨备用卫星组成。24 颗卫星均匀分布在6 个轨道平面內, 轨道平面的倾角为55°, 卫星的平均高度为20 200 km, 运行周期为11 h 58 min。卫星用L 波段的两个无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号, 导航定位信号中含有卫星的位置信息, 使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻, 在高度角15°以上, 平均可同时观测到6 颗卫星, 最多可达到9 颗。
GPS 地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS 卫星的观测数据, 计算各卫星的轨道参数、钟差参数等, 并将这些数据编制成导航电文, 传送到注入站, 再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
GPS 用户设备由GPS 接收机、数据处理软件及其终端设备( 如计算机) 等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号, 跟踪卫星的运行, 并对信号进行交换、放大和处理, 再通过计算机和相应软件, 经基线解算、网平差,求出GPS 接收机中心( 测站点) 的三维坐标。
2、GPS RTK 工作原理
（1）GPS RT K 定位原理
GPS 定位是根据测量中的距离交汇定点原理实现的。在待测点Q 设置GPS 接收机, 在某一时刻GPS 同时接收到3 颗( 或3颗以上) 卫星S1, S2 , S3 所发出的信号。通过数据处理和计算, 可求得该时刻接收机天线中心( 测站点) 至卫星的距离p 1, p 2, p 3。根据卫星星历可查到该时刻3 颗卫星的三维坐标( X i, Yi , Zi ) , i =1, 2, 3, 从而由下式解算出Q 点的三维坐标( X , Y, Z) :
p 21= (X - X 11 ) 2+ ( Y- Y1) 2+ ( Z- Z11) 2,
p 22= (X - X 2 ) 2+ ( Y- Y2) 2+ ( Z- Z2) 2,
p 23= (X - X 3 ) 2+ ( Y- Y3) 2+ ( Z- Z3) 2。
（2）RTK 的定位原理
RTK( Real Time Kinematic) 技术又称载波相位差分技术, 是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。载波相位差分方法分为两类: （1）修正法。即将基准站的载波相位修正值发送给流动站, 改正扰动站接收到的载波相位, 再求解坐标, 属于准RTK技术; （2）差分法。即先求解起始相位差整周模糊度( RT K 初始化) , 然后进行实时差分, 属真准RTK 技术。它要求基准站GPS接收机实时地把观测数据传输给流动站GPS 接收机, 流动站GPS接收机, 流动站将接收到的数据连同自身采集到的数据进行实时差分处理, 可实时求解出厘米级的流动站三维坐标。
二、GPS-RTK 技术在工程测量中的相关应用
1、控制测量中的应用
整体控制测量和局部加密控制测量是常规测量中所要进行的两个步骤，在整体控制时就必须考虑到后面加密工作的开展。常常因为要进行局部加密控制而要测量一级导线，然后在此基础上再进行图根控制，这样就花费了大量的人力、物力。而采用GPS-RTK系统来进行控制测量，在首级控制测量时，无需考虑通视方向点，无需进行更多的加密控制，如测导线测图根点之类的工作，只需将移动站放在所需的控制点上平滑采集5S 即可得出坐标。这就使得在首级控制选点位时，只需考虑其实用性及设基准站的安全性。因此，GPS-RTK 测量技术能够大大提高控制测量的工作效率、减轻劳动强度。
2、施工放样中的应用
放样是测量的一个应用分支，在地籍测量中和工程施工中经常使用。它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来。放样的方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样，距离交会，等等。利用以上方法放样出点的位置时，往往需要根据测量的结果来回移动目标，直至到达点位。放样同测图一样，需要通视情况良好，需要跑尺者和观测者，工作效率低。采用RTK 技术放样时，可以在室内用专用软件将要放样的点（或线）坐标编辑好，传输到GPS的手簿中，便可以在野外进行操作。操作时，按提示选择放样点后，GPS－RTK 会实时解算出天线所在位置的坐标，同时与待放样的坐标进行比较，得出两者之间的坐标差，再通过手簿的界面文字和图形导航到点。
3、断面测量中的应用
用常规方法在断面测量过程中常常会碰到断面桩无方向点或测量断面需要很多分站才能完成。而利用GPS-RTK 接收机配合手薄记录、采用RTK 技术可实时采集断面的三维坐标数据，可以很好地解决这些问题，无须考虑通视方向和分站测量，而且利用手簿实时显示断面图结果，可以很直观地检查断面状况与实地地形，减少了不少的内业工作量。
4、碎部测量中的应用
传统的碎部测量一般是根据测区已有的图根控制点，利用平板仪测图或使用全站仪测图，使用全站仪时，测每个点均输入该点的地物编码，然后再利用成图软件成图，这些方法作业时要求测站点和被测的周围地物地貌等碎部点之间一定要通视，而且一台仪器至少要求2～3 人同时进行作业。采用RTK 技术进行测图时，不要求通视，架设好基准站后，仅需一人拿着仪器便可以开始测量。测量时，测量员在仪器已经初始化（获得固定解）的情况下，在要测的地形地貌碎部点上，将测杆对中、让气泡居中后，开始测量几秒钟，就能获得该点的坐标，精度达到要求后就可保存，保存点时输入该点的特征编码，把一个区域内的地形地物点位测定后，利用专业数据传输和处理软件可以输出所有的测量点。用RTK技术测定点位不要求点间通视，仅需一人操作，便可完成测图工作，大大提高了测图的工作效率。
5、水下测量中的应用
通常在进行水下测量工作中，至少要2人看水位做验潮工作，而且测水工作还常常受波浪，船型姿态等影响。而采用GPS-RTK进行水下地形测量，利用其三维定位速度快、精度高的特点，可以实行无验潮测水，受波浪影响小，既节省人力又提高精度。
参考文献：
[1]李翔.GPS-RTK 技术在工程测量中的应用[J].甘肃水利水电技术，2010，46(4):39-42.
[2]许志强. 曹录. GPS-RTK 技术在地形测量中的应用[J] . 中国科技博览，2009，（28）：140.