淺談 RTK在山區公路測量中的運用與注意事項

唐健鴻

0 引言

隨著全球定位系統(GPS)技術的快速發展，RTK(Real Time Kinematic)測量技術也日益成熟，RTK測量技術逐步在測繪中得到應用。RTK測量技術因其精度高、實時性和高效性，使得其在公路設計測繪中的應用越來越廣。

1 未采用 RTK前測量工作的限制

山區公路外業測量在未普及RTK技術之前，采用全站儀、水平儀等光學測量儀器測量，由于山區地形復雜，高差起伏大，叢林較多又密集，大霧天氣頻繁出現，對此類光學儀器會產生很大影響，不僅降低測量精度，更有甚者導致無法使用。由于山區公路布線是為了克服高差降低工程造價等原因，常選擇回頭曲線或者沿凹凸的山勢布線，若用全站儀等光學儀器實現通視需求，將把儀器架在離路線較遠的山頭或無遮擋的高地，此舉會延誤外業測量的時間，增加外業人員的工作負擔。如選擇沿路線兩側較近位置轉站測量又會降低測量精度，增大誤差，導致測設結果不可使用。

2 GPS原理

2.1 GPS系統的組成

GPS由三個獨立的部分組成:

空間部分:21顆工作衛星，3顆備用衛星。

地面支撐系統:1個主控站，3個注入站，5個監測站。

用戶設備部分:接收GPS衛星發射信號，以獲得必要的導航和定位信息，經數據處理，完成導航和定位工作。

GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。

2.2 GPS定位原理

GPS定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。如圖 1所示，假設 t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定 GPS信號到達接收機的時間Δt，再加上接收機所接收到的衛星星歷等其他數據可以確定以下四個方程式:

上述四個方程式中待測點坐標 x，y，z和 vt0為未知參數。

其中，di=cΔti(i=1，2，3，4)。

di(i=1，2，3，4)分別為衛星 1、衛星 2、衛星 3、衛星 4到接收機之間的距離。

Δti(i=1，2，3，4)分別為衛星 1、衛星 2、衛星 3、衛星 4的信號到達接收機所經歷的時間。

c為 GPS信號的傳播速度(即光速)。

四個方程式中各個參數意義如下:

x，y，z為待測點坐標的空間直角坐標。

vti(i=1，2，3，4)分別為衛星 1、衛星 2、衛星 3、衛星 4的衛星鐘的鐘差，由衛星星歷提供。

vt0為接收機的鐘差。

由以上四個方程即可解算出待測點的坐標 x，y，z和接收機的鐘差 vt0。由此可知測量時移動站與基準站必須同時接收共享至少四顆衛星的信號，即“看到”同樣的四顆衛星。

目前GPS系統提供的定位精度是優于 10m，而為得到更高的定位精度，我們通常采用差分 GPS技術:將一臺GPS接收機安置在基準站上進行觀測。根據基準站已知精密坐標，計算出基準站到衛星的距離改正數，并由基準站實時將這一數據發送出去。用戶接收機在進行 GPS觀測的同時，也接收到基準站發出的改正數，并對其定位結果進行改正，從而提高定位精度。

3 RTK測量成果的質量控制

常用的質量控制方法主要是“已知點檢核比較法”——即在布測控制網時用靜態 GPS或全站儀多測出一些控制點，然后用RTK測出這些控制點的坐標進行比較檢核，用手簿中校核后的點建立坐標系，用此坐標系對測量、放樣的點坐標校正，使其在同一坐標系中進行測量、放樣。

4 利用 RTK技術測量的優點

1)基準站架設靈活，可隨意選擇空曠位置架設，原則是“對天通視，對移動站信號通視”?？蓪Π霃綖?15 km的范圍進行覆蓋，從而大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數，一人便可操作，作業速度快，勞動強度低，提高了勞動效率。

2)定位精度高，數據安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件和作業半徑范圍，其定位精度可達 1 cm～2 cm，即可滿足公路外業測量要的精度。

3)RTK作業自動化、集成化程度高，測繪功能強大。隨著 RTK在公路測量中的廣泛運用，很多廠商都開發了針對公路測量的手簿軟件，無需人工干預RTK便可自動實現多種測繪功能，可勝任各種測繪內、外業?？衫肦TK鋪設中樁邊樁，還能夠同時間測量各樁橫斷地面線，由于數據采用三軸坐標記錄，可直接輸入CAD等制圖軟件內，為內業設計人員減輕勞動強度，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業精度，提高內外業工作的效率。架設時由于要利用兩個或以上已知點或控制點與主機位置進行點校正，為提高測設精度，宜將基準站架設在與兩已知點成正三角形的位置。

4)操作簡便，由于采用在手簿上的可視化測設可使測量人員在工作中就可發現誤操作等失誤，能讓測設人員快速發現問題并解決，在基準站架設、移動站操作、手簿軟件的使用方面也都比較簡單易學。

5 RTK使用中的不足及其解決辦法

1)受衛星狀況限制，在高山峽谷深處及密集森林區，衛星信號被遮擋時間較長，受天空環境影響，白天中午受電離層干擾大，共用衛星數少，使一天中可作業時間受限制。作業時間受限制可由選擇作業時間來解決，通過在該時段利用全站儀等光學儀器互補既不耽誤工作時間，又可合理運用各種儀器的優勢，達到物盡其用的效果。2)數據鏈傳輸受干擾和限制、作業半徑比標稱距離小的問題。RTK數據傳輸采用中短波傳送信號，易受到障礙物如高大山體和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，影響外業精度和作業半徑。工程實踐和專門研究都證明了這一點。

解決這類問題的有效辦法是把基準站布設在路線穿過的隘口、盤山公路所在的半山腰或測區中央的最高點上，避開無線電話基站和高壓電鐵塔，這樣操作，雖然有部分遮擋，但是傳送的信號可借助電磁波的衍射順利傳輸到移動站，利于手簿的快速解算，提高測設工作的效率。3)穩定性問題。RTK測量的穩定性方面不及全站儀，這是由于 RTK較容易受衛星狀況、天氣狀況、數據鏈傳輸狀況影響的緣故。要在布控制點時多布置一些“多余”控制點，作為RTK測量成果質量控制的檢核點。在實際操作中如遇叢林等有高大遮蔽物的地段，可利用RTK在通視的小區域天空無遮擋物的地域測設全站儀的轉點，這樣可以利用RTK同精度的優點(無論轉多少次點都處在同一級精度)和全站儀的穩定性，沿路線走向測設，前一組人利用 RTK選點布點，后一組人利用全站儀補點，可大大的提高工作效率。

綜上所述，RTK在實際測量過程中有很多優秀的方面，同時也有些技術限制，只有了解了它的劣勢所在，才能避其利害，把有益于實際生產的技術帶到工程應用中來。

[1] GB/T 18314-2001，全球定位系統(GPS)測量規范[S].

[2] [美]Elliott D.Kap lan，Christopher J.Hegarty.GPS原理與應用[Z].寇艷紅，譯.2008.

[3] 趙東晨.RTK技術實際應用優劣簡析[Z].2005.

[4] 李 華.淺談GPS技術在公路外業測量中的應用[J].山西建筑，2010，36(16):361-362.