淺談RTK 在測量中的廣泛應(yīng)用

閆界華

0 引言

一個新的測繪時代已經(jīng)到來，那就是RTK測繪時代。如今使用RTK測量就像使用全站儀一樣普及，RTK以其實時性、高精度和高效率的顯著特性，在測量領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。RTK不僅給控制測量帶來突破，而且給工程放樣、碎部采集、水域測量、地籍測量、房產(chǎn)測繪等廣泛領(lǐng)域帶來了深刻變化。可以說RTK技術(shù)給測繪工作帶來了一個革命性的測量專業(yè)解決方案。

1 RTK技術(shù)概述

實時動態(tài)(RTK)測量系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測量技術(shù)中的一個新突破。RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量技術(shù)。在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站，流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的各項數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，并且顯示流動站的三維坐標及其精度。

RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成:GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。

RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，軟件系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r解算出流動站三維坐標的功能，數(shù)據(jù)傳輸可以用無線電臺，也可以用公用無線通信網(wǎng)，如移動GSM/GPRS或聯(lián)通CDMA1X。

RTK測量分為臨時基站RTK測量和網(wǎng)絡(luò)RTK測量。臨時基站RTK測量多以無線電臺完成數(shù)據(jù)傳輸，而網(wǎng)絡(luò)RTK測量多以公用無線通信網(wǎng)完成數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)RTK每次測量不需要架設(shè)基準站，且服務(wù)半徑達30 km，效率較高。

RTK測量系統(tǒng)的開發(fā)成功，為GPS測量工作的可靠性和高效率提供了保障，這對GPS測量技術(shù)的發(fā)展和普及具有重要的現(xiàn)實意義。

2 RTK的應(yīng)用

2.1 控制測量

控制測量的原則是從整體到局部、分級布網(wǎng)、逐級控制。一個測區(qū)在展開碎部測量工作之前，首先要根據(jù)測區(qū)的規(guī)模大小布設(shè)相應(yīng)等級的首級控制網(wǎng)，以下逐級加密至圖根控制點，方可進行細部測繪。首級控制網(wǎng)具有控制面積大、精度高、容易保存的特點，但是點之間的跨度大;使用頻繁的還是位于地面的城市Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ級導(dǎo)線點或者圖根點。隨著開發(fā)建設(shè)的飛速發(fā)展，這些點常被破壞，從而影響了測量的進度，如何快速精確地提供控制點，直接影響工作的效率。

常規(guī)控制測量要求點間通視，費工費時，而且精度不均勻。GPS靜態(tài)測量，雖然點之間不需通視且精度高，但需事后進行數(shù)據(jù)處理，不能實時知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。應(yīng)用RTK技術(shù)進行控制測量既能實時知道定位結(jié)果，又能實時知道定位精度，測一個控制點在幾分鐘甚至幾秒鐘內(nèi)就可實現(xiàn)。無論是數(shù)據(jù)采集還是施工放樣，都要進行控制測量，如果把RTK用于公路控制測量、電力線路控制測量、水利工程控制測量、地籍房產(chǎn)控制測量、大地測量，則不僅可以大大減少人力強度，節(jié)省費用，而且大大的提高了作業(yè)效率。

顯而易見，應(yīng)用RTK技術(shù)無論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢。

2.2 地形測量

無論是過去的平板儀測圖，還是現(xiàn)在用得最多的電子平板測圖，都要求測站與測點之間通視，至少需要2人～3人操作。如果直接用RTK測圖的話，可以不布設(shè)各級控制點，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準控制點，便可以高精度并快速的測定地形點、地物點的坐標，內(nèi)業(yè)由專業(yè)測圖軟件生成各種比例尺地形圖，大大的提高了測圖效率。

在地勢開闊地區(qū)，RTK用于地形測量顯示出其獨特的優(yōu)勢。在城市高樓密集區(qū)，雖然RTK無需點間通視，但是GPS信號受到影響，在這種情況下，可在附近地勢開闊處用RTK做控制，然后以導(dǎo)線測量方法將控制引入測區(qū)，用全站儀完成地形測量工作。

利用RTK進行水下地形測量，無需驗潮改正，直接利用RTK測量換能器的平面位置和高程，利用測深儀測得水深，輔之以姿態(tài)測量和補償，計算獲得高精度的水底點高程。

2.3 放樣測量

傳統(tǒng)的放樣方法主要有支距法、交會法、極坐標法等。測距儀的發(fā)明使極坐標放樣方法得到了淋漓盡致的發(fā)揮，如果說測距儀的發(fā)明是測繪史上的一場技術(shù)的進步，那么RTK的應(yīng)用則為施工放樣模式帶來了一場技術(shù)的革命。

RTK測量技術(shù)用于市政道路中線或電力線中線放樣，放樣工作一人也可完成。將線路參數(shù)如線路起終點坐標、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等輸入RTK的外業(yè)控制器，即可放樣。放樣方法靈活，既能按樁號也可按坐標放樣，并可以隨時互換。放樣時屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動，直到誤差小于設(shè)定的數(shù)值為止。

在建筑物規(guī)劃放線中，放線點既要滿足城市規(guī)劃條件的要求，又要滿足建筑物本身的幾何關(guān)系，放樣精度要求較高。使用RTK進行建筑物放樣時需要注意檢查建筑物本身的幾何關(guān)系，對于短邊，其相對關(guān)系較難滿足。

在放樣的同時，需要注意的是測量點位的收斂精度，如果點位收斂精度不高的情況下，強制測量則有可能帶來較大的點位誤差。在點位精度收斂高的情況下，用RTK進行規(guī)劃放線一般能滿足要求。

2.4 地籍和房產(chǎn)測量

應(yīng)用RTK技術(shù)能以厘米級精度進行數(shù)據(jù)采集，將RTK測定的數(shù)據(jù)處理后直接錄入GIS系統(tǒng)，可及時地精確地獲得地籍和房產(chǎn)圖。當(dāng)然在影響GPS衛(wèi)星信號接收的遮蔽地帶，仍需采用常規(guī)測量手段補測。

在土地分類及權(quán)屬調(diào)查時，應(yīng)用RTK技術(shù)可實時測量權(quán)屬界限、土地分類修測，在建設(shè)用地勘測定界測量中，RTK技術(shù)可實時地測定界址點坐標，確定土地使用界限范圍，計算用地面積，可實時進行檢核計算，避免了常規(guī)解析放樣的復(fù)雜性，提高了測量速度和精度。

在土地利用動態(tài)檢測中，應(yīng)用RTK新技術(shù)進行動態(tài)檢測又提高檢測速度和精度，省時省工，真正實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)測，保證了土地利用狀況調(diào)查的現(xiàn)實性。

2.5 航空攝影測量

航空攝影飛行必須按航攝計劃中的要求，在一定的高度沿設(shè)計的航線飛行，以保證所得影像具有一定的攝影比例尺、航向重疊度及旁向重疊度。隨著RTK的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在已普遍使用RTK技術(shù)進行航空攝影導(dǎo)航。

像控點測量是航空攝影測量外業(yè)主要工作之一，傳統(tǒng)的方法要布設(shè)大量的導(dǎo)線來測量部分平高點，內(nèi)業(yè)再空三加密。采用RTK技術(shù)測量，只需在測區(qū)內(nèi)或測區(qū)附近的高等級控制點架設(shè)基準站(若測區(qū)內(nèi)或測區(qū)附近無高等級控制點，可先加密)，流動站直接測量各像控點的平面坐標和高程，對不易設(shè)站的像控點，可采用手簿提供的交會法等間接的方法測量。

像控點的精度要求對于RTK測量來說是不難達到的。與傳統(tǒng)作業(yè)相比較，它不需要逐級布設(shè)控制點;與靜態(tài)GPS測量相比，縮短了作業(yè)時間，因而大大提高了作業(yè)效率，功效至少提高3倍～5倍。

3 作業(yè)時需注意的問題

首先，基準站要選擇在周圍沒有遮擋的開闊地方，以使基準站能夠接收到盡可能多的GPS衛(wèi)星信號;考慮到電磁波干擾及湖面、水面及建筑物等帶來的多路徑效應(yīng)，基準站要遠離微波塔、通信塔等大型電磁發(fā)射源200 m外，要遠離高壓輸電線路、通訊線路50 m外;為了增大基準站無線電有效的發(fā)射距離，要盡可能把基準站選在地勢較高的地方，并架設(shè)穩(wěn)定牢固，觀測期間不能有輕微晃動，以免影響測量精度。

用移動通信進行數(shù)據(jù)傳輸時，基準站必須選擇在測區(qū)有移動通信接收信號的位置。每次作業(yè)開始前或重新架設(shè)基準站后，均應(yīng)進行至少一個同等級或高等級已知點的檢核，平面坐標較差不應(yīng)大于7 cm。

其次，平面轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，應(yīng)采用不少于3點的高等級起算點兩套坐標系成果，所選起算點應(yīng)分布均勻，且能控制整個測區(qū)。求解高程轉(zhuǎn)換參數(shù)則需要聯(lián)測4個已知高程點，聯(lián)測的所有已知點應(yīng)分布均勻，且能覆蓋整個測區(qū)。為了提高WGS-84坐標系與當(dāng)?shù)刈鴺讼禂?shù)學(xué)模型的擬合程度，進而提高待測點的精度，通常要聯(lián)測盡可能多的已知點。

轉(zhuǎn)換參數(shù)的求得通常有兩種方法:

1)充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料，將多個已知點的WGS-84坐標與相應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺溯斎腚娮邮植局校脙?nèi)置軟件，經(jīng)平差解算出轉(zhuǎn)換參數(shù);

2)將基準站架設(shè)在已知點或未知點上，流動站依次測量各已知點的WGS-84坐標，再將各已知點所對應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺讼档钠矫孀鴺撕透叱梯斎胧植局羞M行點校正，剔除校正殘差比較大的已知點，從而解算出兩坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

第三，RTK進行控制點測量時，應(yīng)采用三角架對中、整平，宜3個控制點為一組布設(shè)，并且互相通視。每個控制點應(yīng)不少于2次觀測，每次觀測歷元數(shù)不少于 20個，PDOP＜5，衛(wèi)星高度角15°以上，至少6顆有效衛(wèi)星狀態(tài)下作業(yè)，邊長控制在120 m以上。RTK進行碎部測量時，不宜在隱蔽地帶、成片水域和強電磁波干擾源附近觀測，在信號受影響的點位，為提高效率，可將儀器移到開闊處或升高天線，待數(shù)據(jù)鏈鎖定后，再小心無傾斜地移回待定點或放低天線，一般可以初始化成功。

4 結(jié)語

RTK技術(shù)可用于四等以下控制測量、工程測量的工作。RTK配合一定的測圖軟件，可以測設(shè)各種地形圖，如普通測圖;線路帶狀地形圖的測設(shè);配合測深儀可以用于水下地形圖;航海海洋測圖等。在外業(yè)可直接設(shè)計線路，增強了設(shè)計的應(yīng)用范圍。由于RTK在行進中不斷計算測站位置、偏移量及填/挖方量，此時放樣可以與設(shè)計很好的結(jié)合起來。由于RTK數(shù)據(jù)鏈的傳播限制和定位精度要求，RTK測量一般不超過10 km，但在中小比例尺測圖時，在等高距大于2 m時，可將測距放寬至不大于15 km，網(wǎng)絡(luò)RTK在服務(wù)范圍內(nèi)不受距離的限制。RTK測量時應(yīng)視測量目的、要求精度、衛(wèi)星狀況、接收機類型、測區(qū)已有控制點情況及作業(yè)效率等因素綜合考慮，按照優(yōu)化設(shè)計原則進行作業(yè)。在進行RTK作業(yè)時，應(yīng)認真總結(jié)作業(yè)方法，統(tǒng)計測量精度，做好測量報告的編寫工作。充分利用GPS技術(shù)，發(fā)揮高新技術(shù)RTK的獨特優(yōu)勢，為測繪工程服務(wù)。

[1]CJJ 8-99，城市測量規(guī)范[S］.

[2]GB 50026-93，工程測量規(guī)范[S］.

[3]GB/T 18314-2001，全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S］.

[4]CH/T 2009-2010，全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)(RTK)測量技術(shù)規(guī)范[S］.

[5]康慧明，楊茂盛，張 淼.GPS RTK技術(shù)在地籍測量中的應(yīng)用分析[J］.山西建筑，2010，36(17):357-358.

[6]唐健鴻.淺談RTK在山區(qū)公路測量中的運用與注意事項[J］.山西建筑，2011，37(1):199-200.