GPS（RTK）平面定位技术在城市地下管线测量中的应用分析GPS（RTK）graphic positioning technology in the urban underground pipeline Measurement Analysis 深圳市大升高科技工程有限公司 徐建华Shenzhen dasheng hi-tech engineering co., ltd Xujianhua （广东 深圳 518055） 摘要： GPS（RTK）平面定位技术是GPS定位技术最新发展技术，应用于城市地下管线测量中，其主要优点有操作快捷、直观、平面定位精度高、自动化程度高、误差不累积等优点，提高了地下管线测量质量、工作效率本文主要介绍GPS(RTK)平面定位技术应用于地下管线测量中的基本原理、系统组成、测量基本规定、误差来源，并通过对GPS(RTK)在不同工作环境中的状态和能达到的技术指标，寻找出适宜GPS（RTK）的地下管线测量工作环境及应注意的相关问题Summary: GPS (RTK) plane positioning technology GPS technology is the latest development of technology, technology for measuring urban underground pipeline, the operation of its main advantages are fast, intuitive, high-accuracy plane positioning, high degree of automation, the error does not accumulate, etc., to improve the underground line measurement of quality, efficiency. This paper describes the GPS (RTK) positioning technology for underground pipeline plane measurement of the basic principles, system components, measuring the basic requirements, error sources, and by GPS (RTK) in different working environment and to achieve the status of the technical indicators to find out the suitable GPS (RTK) surveying underground pipelines and should pay attention to environmental issues.关键词：GPS（RTK）、原理、规定、误差。
Keyword：GPS（RTK）、Principle、Provision、Error1 GPS（RTK）工作原理GPS是以人造卫星组网为基础的无线电导航定位系统利用设置在地面或运动载体上的专用接收机，接收卫星发射的无线电信号实现导航定位RTK平面定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理2 GPS（RTK）系统组成2.1基准站部分，在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星，并提供差分坐标、星历等信息2.2差分传送部分，将基准站差分数据传输给移动站，包括测站坐标、观测值、卫星跟踪状态等数据2.3移动站部分，接收GPS信号及基准站差分信号，并进行解算，得到实时的高精度定位结果2.4手簿终端控制器，内置RTK测量软件，可设置基准站，移动站的工作参数，显示运动中的移动站实时坐标成果、测量技术参数3 GPS（RTK）在城市地下管线测量中基本规定3.1坐标系统和时间系统3.1.1 GPS(RTK)在测量中应采用WGS 84坐标系统。
3.1.2城市地下管线测量中大多采用1954北京坐标系、1980西安坐标系或城市独立坐标系，1985国家高程基准GPS(RTK)测量时应进行坐标、高程转换坐标系统投影变形应不大于1/40000（即2.5cm/Km），工程另有比1/40000高的规定的，按高标准执行3.1.3 当采用城市独立坐标系时，应确定下列技术参数：1）坐标系采用的参考椭球体基本几何参数2）起始点坐标和起始方位角3）中央子午线经度值及纵、横坐标加常数4）投影面高程及测区平均高程异常3.1.4 GPS(RTK)测量时间系统采用协调世界时UTC当采用北京标准时间时，应考虑时区差加以换算,北京时间为+8时区3.2测量精度及基本技术要求3.2.1 GPS(RTK)测量精度：平面 10mm+2ppm；高程 20mm+2ppm流动站至参考站点间精度用下式表示：s =式中： s 标准差 (mm) a 固定误差 (mm) b 比例误差系数 (mm/km) d 流动站至参考站点间距离 (km)3.2.2 GPS(RTK)测量距离GPS(RTK)测量距离根据GPS(RTK)数据链的传播限制和定位精度要求确定，根据测区具体情况，可设置不同的发射天线高度和架设中继站增长传播距离，但在城市地下管理线测量中RTK测量距离一般不宜超过5km。
数据传输距离和测站天线高度理论上的关系式为：D=4.24×（ +）式中D为数据链覆盖范围的半径，单位为公里（Km）；h1和h2 分别是基准站和流动站电台的天线高，单位为米（m）3.2.4 GPS(RTK)在地下管线测量中的具体技术质量要求: GPS(RTK)在地下管线测量中的具体技术质量要求表 表3-1内容限差内容限差卫星高度角≥15ºPDOP值≤6有效卫星总数≥5RMS≤0.02m图根控制点测量时间15～30s管线点测量时间5～10s测量图根控制点时平面限差±15mm测量图根控制点时高程限差±20mm测量管线点平面坐标时平面限差±50mm测量管线点平面坐标时高程限差±30mm3.3仪器设备3.3.1 参考站的基本配置GPS双频RTK接收机，天线和天线电缆，电源，手持计算机控制或数据采集器(含实用软件)，脚架、基座和连接器，仪器运输箱等3.3.2 流动站的基本配置GPS双频RTK接收机，天线和天线电缆， 流动站数据链电台套件，手持计算机控制或数据采集器(含实用软件)，手簿托架，流动杆，流动站背包(分体机需要)，仪器运输箱等3.3.3 无线电数据链的基本配置：1）基准站发射电台：一般为外置的独立电台。
2）流动站接收电台：一般为内置在GPS接收机内部3）中继站电台：可以转发接收站信号，既接收基准站发送的信号，又将接收信号发送出去，一般为外置的独立电台3.4求解转换参数3.4.1求解转换参数：1)每个作业测区分别进行求解转换参数2)平面坐标转换应用七参数或三参、四参数法，高程转换应用拟合法使用随机软件进行求解3)转换参数可根据测区控制点的两套坐标求得控制点精度平面应在D级及以上，高程应在四等水准及以上，两套坐标分别是WGS84大地坐标（B,L,H）或(X,Y,Z)，和平面坐标、正常高（x,y,h）4)宜运用一个测区中的4-8个已知的GPS点进行平面和高程点进行求解，平面点不得少于3个，高程点不得少于4个，应包围作业测区并均匀分布（见图1） 5)相邻测区求解转换参数所用控制点应将相邻区域内的控制点做为共用点使用6)转换参数求解可分内业求解和外业实测求解在已知控制点两套坐标不全时，可在现场采集数据后计算转换参数在采集地形点时可先测后求转换参数测量平面或高程点时必须对应先求解转换参数，残差合格后方可进行测量7)转换参数残差：平面坐标应小于±15mm，高程应小于±25mm3.5基准站的系统设置3.5.1基准站点位选择：基准站设置在作业测区内任一个已知控制点上，外业实测求解时可在测区内任选新点。
在地形比较困难的测区，且不测设控制点时可将基准站设在带有高程的导线点上，或者可用RTK进行一次转点，转点测量时须用支撑架设置流动站天线，测量时间应大于3分钟或者采集三次数据取均值做为转点的成果，不宜连续转点3.5.2点位要求：1) 对用作基准站的控制点应根据技术和生产计划在图上进行设计；2) 基准站应尽量设置于测区中部或相对制高点上，以方便电台信号发送和数据传送的覆盖区域；3) 应选择便于安置仪器，周围视野开阔，通视情况良好，高度角15°以上无障碍物阻挡卫星信号；4) 应远离大功率无线电发射源等大型电磁发射源200米外，远离高压输电线路、通讯线路50米外，避免周围电磁场对GPS卫星信号的干扰；5) 周围应无信号反射物（大面积水域、大型建筑物等），以减弱多路径效应；6) 点位应布设于交通方便，基础稳定，易于保存的地方，尽量避开交通要道、铁路、道路路基，避免过往车辆、行人的干扰3.5.3基准站设置要求：1) 基准站上仪器架设要严格对中、整平，对中误差不大于3mm；2) 严格量取基准站接收机天线高，量取二次以上，互差小于3mm时记录均值；3) GPS天线、信号发射天线、主机、电源等应连接正确；4) 建立项目或作业，选择测区的坐标系统及转换参数，输入用于基准站控制点的已知坐标；5) 选择RTK测量方式启动基准站接收机，一般不记录静态数据，在进行管线点测量时，可选择记录静态数据，便于RTK接收不到电台信号时的测量后处理；6) 电台连接正确，确保供电，频率调节同流动站一致；7) 基准站工作期间，工作人员不能远离，要间隔一定时间检查设备工作状态，对不正常情况及时作出处理。
不允许关机又重新启动，不允许关闭或删除文件，不允许改变天线位置，不允许改变卫星截止高度角或天线高、天线类型、测站名等3.6流动站的设置3.6.1检查流动站记录器内存或PC卡容量能否满足工作需要，检查是否备足电源3.6.2 GPS天线、主机、电台接收天线、电源等应连接正确3.6.3流动站一般采用2m对中杆作业，当高度不同时，应实测修正3.6.4建立项目或作业，选择测区的坐标系统及转换参数（同所用参考站一致），输入或传入控制点的已知坐标及其它测设的点、线、面等资料3.6.5选择RTK测量方式，频率调节同参考站电台一致后启动流动站接收机3.6.6流动站的内置软件应有下列功能：坐标转换参数求解、测量结果的实时显示、失锁后自动重新初始化等工程应用软件4 GPS（RTK）测量误差来源如果要想了解RTK测量的主要误差来源，需要先了解GPS的主要误差源具体类别 GPS误差来源 4-1误差来源对距离测量影响卫星部分1、星历误差2、钟误差3、相对论效应1.5～15信号传播1、电离层2、对流层3、多路径效应1.5～15信。