淺議RTK技術在工程測量中的應用

摘要:隨著我國經濟的飛速發展，工程建設不斷增多，工程測量技術的要求也越來越高。本文結合實際經驗，就RTK技術在工程測量中的應用進行分析。

關鍵詞:RTK技術 工程測量 城鄉測量 控制測量 地形測量

0 引言

全球定位系統(GPS)自問世以來，作為測量定位新技術，廣泛應用于陸海空領域的導航和定位測量，在大地測量及工程測量應用領域中產生前所未有的影響。隨著GPS技術不斷發展，其應用已遍及各種測量領域，特別是GPS實時動態差分RTK(Real—Time—Kinematic)技術的迅速發展和完善在常規測量領域里越來越得到廣泛的應用。

1 RTK的工作原理

實時動態差分RTK測量系統，是GPS測量技術與數據通訊傳輸技術相結合而構成的系統。RTK差分技術目前有3種方法:坐標差分、偽距差分及載波相位差分。而采用載波相位為基本觀測量的差分定位方法是目前GPS定位中精度最高的一種方法，其相對定位精度可達lO～lppm以上。

RTK系統的最低配置可包括三部分:① 基準站接收機:②流動站接收機，包括支持RTK的軟件系統:③數據鏈，包括基準站的發射電臺及流動站的接收電臺。RTK的作用距離很大程度上取決于數據鏈，一般可達10km～40km左右，當使用GSM通信網絡作為數據鏈時，其作用距離更長，日前最大可達70km。

作業時基準站接收機設在有已知坐標的參考點上，連續不斷接收GPS衛星信號，并將測站坐標觀測值(偽距和相位的原始測量值)、衛星跟蹤狀態及接收機工作狀態等通過發射電臺發送出去，流動站在跟蹤GPS衛星信號的同時接收來自基準站的數據，通過最小二乘搜索法OTF(on the fly)解求載波相位整周模糊度，再通過相對定位模型獲取所在點相對基準站的坐標和精度指標。0TF算法是目前儀器廠家普遍采用的技術，它可以使得RTK的初始化在幾分鐘乃至幾秒鐘內完成，而無需讓儀器進行以往的靜態初始化。

采用0TF算法技術的雙頻載波相位RTK，經過幾至十幾秒鐘的OTF初始化即可達到厘米級的測量精度。RTK測定點位坐標的時間一般為2s～10S，目前市面上儀器的測量標稱精度一般可達平面1 cm±lppm，高程為2cm±1ppm。具有如下測量功能:①測定點位的坐標，并顯示坐標精度。②實時進行點、線的放樣，結果及圖形實時顯示。③實時記錄運動軌跡、導航。④求解坐標轉換參數。⑤失鎖后重新快速動態初始化。

2 測量的誤差源及局限性

2.1 GPS誤差源。GPS測量中出現的各種誤差按其來源大致可分為三類。

①與衛星有關的誤差。主要包括衛星星歷誤差、衛星鐘的誤差、地球自轉的影響和相對論效應的影響等:②信號傳播誤差。主要為電離層影響、對流層影響、多路徑效應的影響等;③觀測設備和接收設備即儀器誤差的影響也很大。通常可通過采用適當的方法減弱或消除上述誤差的影響。

2.2 RTK的誤差源 ①基準站點位精度的影響:②模糊度解算誤差:③動態基線解算誤差:④坐標系統轉換誤差:⑤天線對中等人為產生的誤差。其中②③項的解算，程序己被編入主機，其誤差已得到了控制，坐標系統轉換誤差在于如何解算坐標轉換參數。因此，外業過程中特別注意氣泡居中，減少偶然誤差，消除人為誤差，以提高精度。

2.3 局限性。①在樹木茂密及城市高樓地區，GPS信號受到遮擋，無法作業:②數據鏈受發射功率及地形障礙物阻擋影響，致使R TK作用距離有限，一般丘陵地區，城區為5km:③數據鏈容易受到干擾，距房屋、樹木較近處信號接收較困難。在稍有樹木遮擋的地方需幾十分鐘才能測定坐標。

3 RTK在測量工作中的應用

3.1 RTK用于地形測量 由于RTK測量隨時都能顯示當前位置的三維坐標，因此可利用RTK來測量地形地物點，并記錄該點的序號和特征值，內業采用數字化成圖軟件，實際作業中對獨立地物的測量序號應盡量連續，如測量房屋，應圍繞房角至少測2個(對角線)或3個點，測量池塘要連續測完并注明從xx～xx詳細代為何地物，和現場勾畫草圖。外業結束后，再根據草圖繪制地形圖。由于采取勾繪草圖與清繪為同一個人，對自己所測過的點都十分清楚，很容易把一天所測繪地形地物進行成圖。

3.2 RTK用于控制測量 由于RTK測量在20km內點位平面標稱精度為±3cm，根據控制測量規范要求I級導線點的點位誤差為±3cm，從理論上講RTK測量完全可以滿足I級以下導線點的技術規范要求。在某工程道路放樁RTK測量中，我們對距離基準站1km~6km的一些四等GPS控制點采用‘點法進行檢核比較。結果表明平面坐標分量最大差值為31cm，高程最大差值為4.9Cm，完全符合I級導線點的規范精度要求。

在某工程1:1000數字地形圖測繪任務中，測區長約7km，寬0.7km，面積約5k。整個測區采用Ashtech Z-X雙頻GPS接收機用靜態法共布測了5個四等G P S點，21個一級GPS點，點位均勻分布，最弱點點位中誤差為(Mx:4.Ocm，My:3.9cm)，并聯測了四等水準高程。為了進一步檢核AshtechZ—X雙頻GPS系統的測量精度，采用GPS控制點聯測法均勻地檢測了其中12個GPS控制點，基準站設在測區中間。其x坐標中誤差為±3.1cm，Y坐標中誤差為±2.3cm，H高程中誤差為±5.0cm，結果完全可滿足I級導線點(5”以下)的規范精度要求。盡管GPS測量的標稱精度及實測精度完全滿足I級導線點5點以下的規范精度要求，但目前的規范對利用GPS測量進行I級導線甚至更高的精度的控制測量，其采集數據的方法，數量等等還沒有明確的規定，因此還需要用大量的實踐來證實。實際測量中還必須采取足夠的榆核手段，確保測量的確性。

4 RTK用于城鄉測量工程中的實例

4.1 項目概況 在某鎮有兩個測量項H，項B A是某房產公司在該鎮建設占地面積100畝的拆遷安居小區，原狀地形、雜草樹木繁多，通視情況較差。該項日要求:①根據某市國土局提供的控制點和界址點坐標成果(地方坐標系)，在實地放出了6個用地界址點，確定用地范圍。②根據建筑總平面設計圖資料和控制點成果，在實地放出12個建筑工程勘察點位。項日B是位于某III的250畝礦III復墾竣工測量工程，需提供地方坐標系的測量成果。這兩個工程項目在同一個鄉鎮，根據項目位置與各控制點位的分布情況，國土局在該鎮己布有地方坐標系的GPS控制網，選鎮政府大樓頂上具有GPS控制網成果的控制點G315設置基準站，項目A、項目B均在RTK有效工作半徑覆蓋范圍內(如右圖所示)。

4.2 測量方法 我們使用了RTK為Topcon- Hiper Pro型1+2接收機，另配Topcon GPT一3002LN型全站儀l臺，測量技術人員4名，工具車1臺。我們首先送2人為甲組，到鎮政府大樓頂上安置基準站。同時，用車輛送乙組的2人到B項目礦山復墾竣工測量工地，利用RTK和全站儀相結合的辦法進行測量，乙組共用3小時完成礦山復墾竣工測量項目。甲組基準站設置好以后，汽車接上甲組，先到鎮澄公路和濱江大道聯測1954年北京坐標系的已知點，先用1954年北京坐標系的已知點成果進行數據匹配，放出12個勘察點位。然后，再用地方坐標系的已知點成果進行數據匹配，放出了6個用地界址點位。共用3小時完成了測量工作。

4.3 實例分析 項目A用RTK聯測已知點、用于放點、放線測量，不受測量點間通視條件和控制點遠離測量工地的限制，定點放樣測量方便快捷。項目B，礦山復墾竣工測量，高差較大、地形復雜、樹木較多，我們選用RTK和可免棱鏡測量的全站儀進行施測，在測量中，用RTK測量與全站儀測量相互結合，兩臺儀器起到了取長補短的效果。RTK在測量工程中方便靈活，可以同時有多個測量小組使用多個流動站完成多個不同的測量項目，可以測量控制點，也可以測量碎部點。

5 應用RTK作業應注意的問題

①GPS作業由于每個測點都是獨立的觀測量，缺乏相關聯的檢核手段。②坐標轉換方法，如控制聯測法 單點法等所測量的點位精度不同，作業時應依據任務要求，測區大小使用不同的方法。③RTK采用vHF超高頻無線電波做數據鏈，容易受到電信發射塔。

6 結語

總之，RTK技術已經基本淘汰了常用的常規測角，測距手段建立大地控制網的方法，其良好的精度，可觀的經濟效益已為工程測量界公認。在測量工程中起到重要的作用，為我國工程測量科技進步而努力奮斗。