RTK 測(cè)量技術(shù)在市政工程測(cè)量中的應(yīng)用

李震章 呂福臣

（1、牡丹江市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，黑龍江 牡丹江 157000 2、牡丹江市勘察測(cè)繪研究院，黑龍江 牡丹江 157000）

1 RTK 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及局限性

1.1 RTK 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.1.1 作業(yè)條件要求較低。RTK 受地形和植被的通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素影響和限制較小，不要求兩點(diǎn)間通視。

1.1.2 作業(yè)效率高。一般作業(yè)環(huán)境下，RTK作業(yè)半徑為10公里，大大減少已知點(diǎn)的需求，減少儀器的搬遷次數(shù)，需要的作業(yè)人員少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，作業(yè)速度快。

1.1.3 自動(dòng)化、集成化程度高。采用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，測(cè)繪功能強(qiáng)大，無(wú)需人工干預(yù)，輔助測(cè)量工作大大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。

1.1.4 操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，就可邊走邊獲得測(cè)量結(jié)果（坐標(biāo)數(shù)據(jù)或點(diǎn)位）。數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理、轉(zhuǎn)換和輸出功能強(qiáng)大，并能方便快捷地與計(jì)算機(jī)、其它測(cè)量?jī)x器進(jìn)行通信，大大減少人工的工作量。

1.1.5 定位精度高，沒(méi)有誤差積累。只要滿足RTK 的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)，RTK 的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)；而且RTK 測(cè)量成果都是獨(dú)立的觀測(cè)值，不會(huì)像常規(guī)測(cè)量一樣造成誤差積累。

1.2 RTK 技術(shù)局限性

1.2.1 受衛(wèi)星狀況限制。若沒(méi)有足夠的衛(wèi)星數(shù)或衛(wèi)星分布不均勻，會(huì)使RTK 初始化不能完成；城市高樓密布區(qū)衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，作業(yè)時(shí)間受到極大的限制或容易造成失鎖；RTK 測(cè)量與衛(wèi)星分布以及數(shù)據(jù)鏈的性能有關(guān)，而且結(jié)果為獨(dú)立觀測(cè)值，缺乏外部兼容性的檢核。

1.2.2 受天空環(huán)境影響。RTK 作業(yè)過(guò)程中，受電離層、對(duì)流層的干擾；共用衛(wèi)星少的情況下，甚至不能初始化。

1.2.3 受測(cè)區(qū)環(huán)境的影響。RTK 作業(yè)過(guò)程中，受周圍的無(wú)線電、高壓線、通信線以及反射環(huán)境的影響。

1.2.4 數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制。RTK 數(shù)據(jù)鏈傳輸容易受山體、高大建筑物等障礙物和各種高頻信號(hào)源的干擾，在傳輸過(guò)程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響作業(yè)精度和作業(yè)半徑；在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)密樓區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號(hào)受到限制。

1.2.5 受電力供應(yīng)限制。RTK 測(cè)量耗電量較大，電力供應(yīng)不足時(shí)使連續(xù)作業(yè)時(shí)間受限。

1.2.6 存在高程異常問(wèn)題。RTK 作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，我國(guó)現(xiàn)有的高程異常圖在有些地區(qū)，尤其是山區(qū)，存在較大誤差，這使得將GPS 大地高程轉(zhuǎn)換至水準(zhǔn)高程的工作相當(dāng)困難，精度也不均勻。

1.2.7 穩(wěn)定性和精度問(wèn)題。由于RTK 容易受衛(wèi)星狀況、天氣情況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況的影響，穩(wěn)定性及精度均不及全站儀；不同質(zhì)量的RTK系統(tǒng)，其精度和穩(wěn)定性差別較大，可靠性也無(wú)法達(dá)到100%。

2 RTK 測(cè)量技術(shù)的主要誤差來(lái)源與誤差控制分析

2.1 與衛(wèi)星有關(guān)的誤差

2.1.1 衛(wèi)星星歷誤差。由衛(wèi)星星歷所給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星的實(shí)際位置之差。

2.1.2 衛(wèi)星鐘的誤差。衛(wèi)星上高精度原子鐘存在的誤差。

2.1.3 相對(duì)論效應(yīng)。是指由于衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘所處的狀態(tài)不同而引起相對(duì)鐘差的現(xiàn)象。與衛(wèi)星有關(guān)的誤差可以通過(guò)差分技術(shù)完全消除。

2.2 與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差

2.2.1 電離層延遲。電離層引起電磁波傳播延遲從而產(chǎn)生誤差。

2.2.2 對(duì)流層延遲。信號(hào)在對(duì)流層中的傳播速度延遲和傳播路徑的彎曲。

2.2.3多路徑效應(yīng)誤差。受接收機(jī)（或天線）周圍環(huán)境反射造成的信號(hào)傳播誤差。

電離層、對(duì)流層誤差，通過(guò)差分技術(shù)可以大部分消除；多路徑效應(yīng)誤差取決于天線及周圍的環(huán)境，一般環(huán)境下為幾厘米，而高反射環(huán)境下可超過(guò)10 厘米。因此，在RTK 測(cè)量中最主要的是削弱多路徑效應(yīng)對(duì)測(cè)量成果的影響。

2.3 與接收設(shè)備有關(guān)的誤差

2.3.1 接收機(jī)鐘的誤差。接收機(jī)鐘存在的誤差。

2.3.2 接收機(jī)的位置誤差。天線的機(jī)械中心與電子相位中心不重合造成誤差。

選擇性能良好的接收設(shè)備，例如選擇具有Pinwheel 技術(shù)的天線，能削弱多路徑效應(yīng)誤差。

2.4 與數(shù)據(jù)鏈有關(guān)的誤差

2.4.1 數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的內(nèi)部噪聲造成誤差。

2.4.2 外部無(wú)線電干擾造成誤差。

選擇優(yōu)良的儀器設(shè)備以及選擇天氣狀況、作業(yè)環(huán)境、作業(yè)時(shí)間等得到削弱或基本消除。

2.5 與操作人員有關(guān)的誤差

與操作人員有關(guān)的誤差包括：對(duì)中誤差；整平誤差；流動(dòng)站天線穩(wěn)定性誤差；天線高丈量誤差。與操作人員有關(guān)的誤差只要測(cè)量人員在作業(yè)過(guò)程中規(guī)范操作便可有效降低，避免系統(tǒng)性地帶入到流動(dòng)站的結(jié)果中。

2.6 與基準(zhǔn)有關(guān)的誤差

與基準(zhǔn)有關(guān)的誤差包括：已知控制點(diǎn)的誤差；WGS-84 坐標(biāo)系向地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換過(guò)程的模型誤差；高程擬合的模型誤差。

與基準(zhǔn)有關(guān)的誤差將不可避免地通過(guò)基準(zhǔn)站系統(tǒng)性地帶入到流動(dòng)站的結(jié)果中。因此，轉(zhuǎn)換模型誤差與已知控制點(diǎn)的誤差是用戶值得關(guān)注和設(shè)法解決的問(wèn)題。

3 RTK 測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)化

綜合上述分析，在同等的作業(yè)環(huán)境條件下，在避開(kāi)電離層、對(duì)流層活躍程度較大及中午的時(shí)間段進(jìn)行RTK 作業(yè)外，為使RTK 測(cè)量技術(shù)在市政工程測(cè)量中發(fā)揮其最大效能，最主要的是削弱多路徑效應(yīng)對(duì)測(cè)量成果的影響，以及提高已知控制點(diǎn)的精度與轉(zhuǎn)換模型精度問(wèn)題。

3.1 削弱多路徑效應(yīng)對(duì)測(cè)量成果影響的措施

3.1.1 選擇性能良好的接收設(shè)備，如選擇具有Pinwheel 技術(shù)的天線。

3.1.2 基準(zhǔn)站選擇在衛(wèi)星高度角開(kāi)闊、能避免無(wú)線電或高壓線強(qiáng)烈干擾、周圍無(wú)影響GPS信號(hào)的反射物（如大面積水域、大型建筑物等）的地區(qū)，便于進(jìn)行全天作業(yè)（如進(jìn)出方便、關(guān)系協(xié)調(diào)容易等）的高點(diǎn)。

3.1.3 采用GSM 或CDMA 撥號(hào)連接作為基準(zhǔn)站與流動(dòng)站間數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體。

3.1.4 基準(zhǔn)站附近鋪設(shè)吸收電波的材料。

3.2 已知控制點(diǎn)優(yōu)化的措施

在一個(gè)城市中，保存下來(lái)的高等級(jí)的控制點(diǎn)，成果大多為平面與高程分離，往往是不同技術(shù)方法、不同時(shí)期施測(cè)的成果，存在系統(tǒng)性的誤差（有些相容性較差），附帶有高程的也大多為三角高程或GPS 擬合高程。為使RTK 技術(shù)更好的應(yīng)用于市政工程測(cè)量中，有必要對(duì)已知控制點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化后加以應(yīng)用。

3.2.1 控制點(diǎn)的點(diǎn)位選擇優(yōu)化

由于RTK 作業(yè)不受兩點(diǎn)間相互通視的限制，作為RTK 作業(yè)使用的控制點(diǎn)，從以下方面進(jìn)行篩選優(yōu)化：點(diǎn)位具有良好的天空開(kāi)闊度；能避開(kāi)無(wú)線電或高壓線強(qiáng)烈干擾；能避開(kāi)GPS 信號(hào)反射物；作為基準(zhǔn)站的控制點(diǎn)易于全天作業(yè)，且是某一區(qū)域范圍內(nèi)的相對(duì)高點(diǎn)。

3.2.2 控制點(diǎn)的布局優(yōu)化

控制點(diǎn)的布局要求分布均勻且能覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。優(yōu)化的措施為：根據(jù)上述篩選的控制點(diǎn)，結(jié)合地勢(shì)高低（平原地區(qū)可不考慮，因高程異常相差很小），分片確定基準(zhǔn)站點(diǎn)、校正點(diǎn)。基準(zhǔn)站點(diǎn)滿足作業(yè)半徑不大于10公里并與相鄰基準(zhǔn)站具有一定的重合的覆蓋面的要求；校正點(diǎn)滿足覆蓋整個(gè)分片區(qū)，并以能代表分片區(qū)的正常高的一點(diǎn)（具有水準(zhǔn)高程成果）作為該分片的高程原點(diǎn)。

3.2.3 控制點(diǎn)等級(jí)優(yōu)化

控制點(diǎn)等級(jí)的優(yōu)化的主要目的是提高已知控制點(diǎn)的精度，確保基準(zhǔn)站點(diǎn)、校正點(diǎn)的WGS-84 坐標(biāo)之間相對(duì)矢量關(guān)系的準(zhǔn)確性。優(yōu)化的措施為：對(duì)上述篩選后的控制點(diǎn)實(shí)施GPS 靜態(tài)測(cè)量。

3.3 轉(zhuǎn)換模型的優(yōu)化措施

轉(zhuǎn)換模型的優(yōu)化目的是減少WGS-84 坐標(biāo)系向地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的模型誤差，合理地求取RTK 轉(zhuǎn)換參數(shù)。為求得精確的轉(zhuǎn)換參數(shù)，通常有七參數(shù)法和四參數(shù)法兩種。四參數(shù)是同一橢球不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，七參數(shù)是兩個(gè)不同橢球之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。顯然，RTK 測(cè)量更多的是使用七參數(shù)法。因采用GPS 靜態(tài)測(cè)量，通過(guò)平差軟件進(jìn)行后處理便可自動(dòng)求出七參數(shù)，故轉(zhuǎn)換模型的優(yōu)化就變成了靜態(tài)GPS網(wǎng)的優(yōu)化，其關(guān)鍵就是高程擬合模型的優(yōu)化問(wèn)題。求高程擬合參數(shù)實(shí)際上是求一個(gè)區(qū)域高程異常的過(guò)程。具體的優(yōu)化措施為：選取能代表各分片的高程控制點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)達(dá)到6 個(gè)或更多，而且分布均勻，參與到GPS 靜態(tài)網(wǎng)進(jìn)行平差，那么求得的擬合參數(shù)精度更高。

4 結(jié)論

為使RTK 測(cè)量技術(shù)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮其最大工作效能，優(yōu)化RTK 工作的基本條件是重要的措施。而從削弱多路徑效應(yīng)對(duì)測(cè)量成果的影響，以及提高已知控制點(diǎn)的精度與轉(zhuǎn)換模型精度入手，可達(dá)到提高RTK 測(cè)量點(diǎn)的精度，特別是控制點(diǎn)的等級(jí)精度，解決高程異常問(wèn)題；解決控制點(diǎn)引測(cè)、外業(yè)點(diǎn)校正找點(diǎn)問(wèn)題；分片建立轉(zhuǎn)換模型采用內(nèi)業(yè)校正，免除同一分片內(nèi)的測(cè)量項(xiàng)目重復(fù)進(jìn)行外業(yè)點(diǎn)校正等的目的，使RTK 測(cè)量的技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到更充分的發(fā)揮，有效的提高作業(yè)效率。

[1]徐紹銓等.GPS 測(cè)量原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社,1998.

[2]張振軍等.RTK 測(cè)量精度評(píng)定方法研究.測(cè)繪通報(bào)[J].2007,(1).

[3]GB50026-93 工程測(cè)量規(guī)范.