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摘要：随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。通过RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。本文笔者从理论上阐述了GPS RKT技术原理，并介绍了GPS RKT在实际测量工程中的应用。
关键词：GPS RKT 技术原理 测量工程
中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-557-01
引言
对于测绘界的用户而言，GPS已在测绘领域引起了革命性的变化，目前，范围上数公里至几千公里的控制网或形变监测网，精度上从百米至毫米级的定位，一般都将GPS作为首选手段，随着RTK技术的日趋成熟，GPS已开始厘米级的放样、高精度动态定位等领域渗透。本文笔者探讨了GPS RKT技术原理及在测量工程中的应用。
1. GPS RKT技术原理
1.1 GPS定位技术的工作原理
1.1.1 GPS系统的组成
GPS系统的组成系统由三部分组成，即空间部分，地面监控部分和用户设备部分。
（1）空间部分
GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座，途中内容即为GPS的空中部分。GPS工作卫星星座由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星和3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上，卫星轨道平面相对地球赤道的倾角为550，各个轨道平面之间交角为600，轨道平均高度20200km，卫星运行周期为11小时58分钟，同一轨道上各卫星之间的交角為900，GPS卫星的上述时空配置，保证了地球上任意地点，在任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，因而满足精密导航和定位的需要。GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg（其中包括310kg燃料），两侧各安装两块双叶太阳能电池板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作的用电，每颗GPS卫星上装有4台高精度的原子钟，原子钟为GPS定位提供高精度的时间标准。
（2）地面监控部分
GPS地面监控部分目前由5个地面站组成，如图所示，包括主控站、信息注入站和监测站。
图：GPS地面监控部分
（3）用户设备部分
GPS系统的用户设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成，GPS接收机硬件包括接收机主机，天线和电源，它的主要功能是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，并经简单数据处理而实现实时导航和定位。GPS软件是指各种后处理软件包，它通常由厂家提供，其主要作用是对观测数据进行精加工，以便获得精密定位结果。
1.1.2 GPS系统的定位原理
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。最基本的方法有距离定位法和双曲线定位法两种。在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在工程控制测量中常用地固坐标系统。在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果。
1.2 RTK测量的基本原理
常规的GPS测量，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK又称载波相位动态实时差分技术是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的技术，是能够在野外实时提供测量点在指定坐标系中的三维坐标的厘米级定位精度的测量方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样，地形测图，各种控制测量带来了极高的外业作业效率。
RTK测量系统一般由以下三部分组成：（1） GPS接收设备。（2）数据传输设备。（3）软件解算系统。RTK定位技术的作业原理是将基准站采集的GPS卫星载波相位观测量通过调制解调器进行编码和调试，经电台数据链发射出去。而移动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时，也接收来自基准站的电台信号。移动站再对所接收的信号进行解调和实时分析处理，并根据给定的转换参数进行坐标系统的转换，只要保证4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的卫星几何图形，移动站便可实时给出厘米级的定位结果。
2. GPS RKT在实际测量工程中的应用
RTK技术在地质勘查中得到了广泛的应用，使我们在生产中取得了良好的效率，下面笔者介绍两个实例。
2.1碎部测量
我院对某隧道工程进行增地形图补测工作。由于测区海拔较高，地形非常复杂，植被茂密，通视条件差，若用常规测量方法是不可能在短时间内完成高精度的测图工作。我们采用了RTK技术共计4人（基准站1个，流动站3个），用了四天时间完成2.5Km2的1：500地形图测量工作，为整个项目的设计工作顺利完成提供了保证。在测图工作中，我们用RTK对部分路线控制桩进行检测。 精度统计表：
表：
注：表中较差为RTK实测的平面、高程成果与定测时控制桩的平面、高程成果间较差。
以上数据表明：用GPS RTK测量能够获得较高精度，完全满足1：500地形图测图需求。
2.2中桩放样
我院对铁路某段中桩放样。该项目为改线中桩测量，共计7段，最长段为21公里，最短段为9公里。若用常规测量方法还需敷设5条附合导线，按1组5人，则最少需要45个组天。我们采用RTK技术，作业中基准站1人，流动站3人，共用16天就完成全部放样工作。在放样中，我们对改线段起终端部分控制桩均进行了复测。经检查，RTK放样精度能满足《新建铁路工程测量规范》中中桩放样精度限差要求。
结语：
综上所述，GPS RTK技术较之常规测量有明显优势。GPS RTK作业观测精度高且误差均匀，可实时知道观测结果和观测精度，作业误差相互独立，不积累，不传递。GPS RTK作业以其高效率还可广泛应用于航测外控，铁路、公路、电力的勘测设计和施工放样以及石油勘探、水文地质调查等领域。
参考文献：
[1]吴英浩. GPS在工程测量中应用的几点体会.中国市政工程， 2005， （2）：57
[2]余小龙，胡学奎. CPS RTK技术的优缺点及发展前景[l].测绘通报，2007（10）：39-41
[3]陈基炜，熊福文. GPS-RTK作业的若干技术问题与思考.上海地质.2004， （3） ：48.
关键词：GPS RKT 技术原理 测量工程
中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-557-01
引言
对于测绘界的用户而言，GPS已在测绘领域引起了革命性的变化，目前，范围上数公里至几千公里的控制网或形变监测网，精度上从百米至毫米级的定位，一般都将GPS作为首选手段，随着RTK技术的日趋成熟，GPS已开始厘米级的放样、高精度动态定位等领域渗透。本文笔者探讨了GPS RKT技术原理及在测量工程中的应用。
1. GPS RKT技术原理
1.1 GPS定位技术的工作原理
1.1.1 GPS系统的组成
GPS系统的组成系统由三部分组成，即空间部分，地面监控部分和用户设备部分。
（1）空间部分
GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座，途中内容即为GPS的空中部分。GPS工作卫星星座由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星和3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上，卫星轨道平面相对地球赤道的倾角为550，各个轨道平面之间交角为600，轨道平均高度20200km，卫星运行周期为11小时58分钟，同一轨道上各卫星之间的交角為900，GPS卫星的上述时空配置，保证了地球上任意地点，在任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，因而满足精密导航和定位的需要。GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg（其中包括310kg燃料），两侧各安装两块双叶太阳能电池板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作的用电，每颗GPS卫星上装有4台高精度的原子钟，原子钟为GPS定位提供高精度的时间标准。
（2）地面监控部分
GPS地面监控部分目前由5个地面站组成，如图所示，包括主控站、信息注入站和监测站。
图：GPS地面监控部分
（3）用户设备部分
GPS系统的用户设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成，GPS接收机硬件包括接收机主机，天线和电源，它的主要功能是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及观测量，并经简单数据处理而实现实时导航和定位。GPS软件是指各种后处理软件包，它通常由厂家提供，其主要作用是对观测数据进行精加工，以便获得精密定位结果。
1.1.2 GPS系统的定位原理
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。最基本的方法有距离定位法和双曲线定位法两种。在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在工程控制测量中常用地固坐标系统。在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果。
1.2 RTK测量的基本原理
常规的GPS测量，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK又称载波相位动态实时差分技术是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的技术，是能够在野外实时提供测量点在指定坐标系中的三维坐标的厘米级定位精度的测量方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样，地形测图，各种控制测量带来了极高的外业作业效率。
RTK测量系统一般由以下三部分组成：（1） GPS接收设备。（2）数据传输设备。（3）软件解算系统。RTK定位技术的作业原理是将基准站采集的GPS卫星载波相位观测量通过调制解调器进行编码和调试，经电台数据链发射出去。而移动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时，也接收来自基准站的电台信号。移动站再对所接收的信号进行解调和实时分析处理，并根据给定的转换参数进行坐标系统的转换，只要保证4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的卫星几何图形，移动站便可实时给出厘米级的定位结果。
2. GPS RKT在实际测量工程中的应用
RTK技术在地质勘查中得到了广泛的应用，使我们在生产中取得了良好的效率，下面笔者介绍两个实例。
2.1碎部测量
我院对某隧道工程进行增地形图补测工作。由于测区海拔较高，地形非常复杂，植被茂密，通视条件差，若用常规测量方法是不可能在短时间内完成高精度的测图工作。我们采用了RTK技术共计4人（基准站1个，流动站3个），用了四天时间完成2.5Km2的1：500地形图测量工作，为整个项目的设计工作顺利完成提供了保证。在测图工作中，我们用RTK对部分路线控制桩进行检测。 精度统计表：
表：
注：表中较差为RTK实测的平面、高程成果与定测时控制桩的平面、高程成果间较差。
以上数据表明：用GPS RTK测量能够获得较高精度，完全满足1：500地形图测图需求。
2.2中桩放样
我院对铁路某段中桩放样。该项目为改线中桩测量，共计7段，最长段为21公里，最短段为9公里。若用常规测量方法还需敷设5条附合导线，按1组5人，则最少需要45个组天。我们采用RTK技术，作业中基准站1人，流动站3人，共用16天就完成全部放样工作。在放样中，我们对改线段起终端部分控制桩均进行了复测。经检查，RTK放样精度能满足《新建铁路工程测量规范》中中桩放样精度限差要求。
结语：
综上所述，GPS RTK技术较之常规测量有明显优势。GPS RTK作业观测精度高且误差均匀，可实时知道观测结果和观测精度，作业误差相互独立，不积累，不传递。GPS RTK作业以其高效率还可广泛应用于航测外控，铁路、公路、电力的勘测设计和施工放样以及石油勘探、水文地质调查等领域。
参考文献：
[1]吴英浩. GPS在工程测量中应用的几点体会.中国市政工程， 2005， （2）：57
[2]余小龙，胡学奎. CPS RTK技术的优缺点及发展前景[l].测绘通报，2007（10）：39-41
[3]陈基炜，熊福文. GPS-RTK作业的若干技术问题与思考.上海地质.2004， （3） ：48.