基于某新區測量實踐的RTK測量技術研究

摘 要:實時動態(Real Time Kinematic，RTK)測量技術，也稱載波相位差分技術，是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量(DGPS)技術，它是GPS測量技術發展中的一個新突破。本文以筆者參與的南寧某項目為工程背景，探討了GPS RTK技術在城市工程測量中的應用思路，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞:GPSRTK城市工程測量基準站測區轉換參數

中圖分類號:TB22文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0019-02

1 實時差分GPS測量技術

差分GPS(DGPS)是最近幾年發展起來的一種新的測量方法。實時動態(Real Time Kinematic簡稱RTK)測量技術，也稱載波相位差分技術，是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS測量技術，它是GPS測量技術發展中的一個新突破。實時動態測量的基本思想是，在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛星進行連續地觀測，并將其觀測數據，通過無線電傳輸設備，實時地發送給用戶觀測站。在流動站上，GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位的原理，實時地計算并顯示流動站的三維坐標及其精度。

實時動態(RTK)定位測量系統的構成實時動態定位測量系統主要由以下三部分構成:

(1)衛星信號接收系統在實時動態定位測量系統中。(2)數據傳輸系統(數據鏈)。(3)軟件解算系統。

在具體外業測量中，可以根據精度要求的不同，選用靜態差分定位，快速靜態差分定位，動態差分定位或實時動態差分(RTK)等不同的作業模式。

(1)快速靜態測量

GPS接收機在每一用戶站上進行靜止觀測。在觀測過程中，連同接收到的基準站的同步觀測數據，實時地解算整周未知數和用戶站的三維坐標。采用這種模式作業時，接收機可以不必保持對GPS衛星的連續跟蹤，定位精度可達1～2cm。這種方法可應用于城市、礦山等區域性的控制測里、工程測量和地籍測量。

(2)動態測量

動態測量模式，一般需首先在某一起始點上，靜止地觀測數分鐘，以便進行初始化工作。之后，運動的接收機按預定的采樣時間間隔自動地進行觀測，并連同基準站的同步觀測數據，實時地確定采樣點的空間位置。目前，其定位的精度可達厘米級。

2 城市測量的作業流程

2.1 內業準備

在實施RTK外業測量前，應事先收集測區的小比例尺地形圖，必要時進行野外踏勘，根據城市測量的特點完成內業的準備工作。主要包括以下幾方面的內容:

(1)根據工程項目，設定工程名稱。(2)若已知坐標轉換參數，則輸人手簿(一般此參數未知)。(3)若無坐標轉換參數，應整理測區的已知控制點資料，控制點應盡可能均勻分布在測區周圍，使得所測點均在已知點的包圍之內，盡可能避免從一端向另一端無限制的外推。控制點所處的位置和周圍的條件應符合GPS作業的要求。(4)實施工程放樣時，內業輸人每個放樣點的設計坐標，以便野外實時、準確放樣。

2.2 求定測區轉換參數(一般采用此種方法)

城市測量是在地方獨立坐標系上進行的，這就存在WGS-84坐標和地方獨立坐標系的坐標轉換問題。

由于RTK作業要求實時給出當地坐標，這使得坐標轉換工作非常重要。根據總體規劃和工程需要，求定測區轉換參數可按如下步驟進行:首先在測區以GPS靜態方式布設均勻分布的高等級GPS控制點，獲得各點的WGS-84坐標和地方坐標系下的坐標，利用同一點的兩種坐標求出轉換參數。

注意，為提高轉換參數的可靠性，最好選用4個以上的點進行觀測和求解，這樣可通過多種點的匹配方案，檢驗轉換參數的正確性及精度。

2.3 基準站的選定原則

數據傳輸系統由基準站發射電臺和流動站接收電臺組成，它們是實時動態測量的關鍵設備。穩定可靠的數據鏈是動態初始化的前提。保持高質量的數據傳輸，可以減少整周模糊度的解算時間，大大提高主作效率，所以基準站的安置是順利實施RTK作業的關鍵之一，基準站安置應滿足下列條件:

(1)基準站可設立在有精確坐標的已知點上，也可設在未知點上(最好設在已知點上)。(2)基準站安置應選擇地勢較高、視空無遮擋、電臺有良好覆蓋域的地方，城市測量首選測區高大建筑物上。(3)為防止數據鏈的丟失和多路徑效應，基準站周圍應無GPS信號反射物(大型停車場、大型建筑物、車輛擁擠的街區等)，200m范圍內無高壓電線、電視臺、無線電發射臺等干擾源。(4)考慮到南北極附近是衛星的空洞區，電臺的天線應架設在GPS接收機的北方。

2.4 RTK施測步驟

野外作業時，基準站安置在選定的控制點上，打開接收機輸人點號、天線高、WGS-84的已知坐標;設置完畢檢查接收的GPS衛星數≥5顆。檢查電臺發射指示燈是否正常，基準站設置完成。流動站選擇與基準站電臺相匹配的電臺頻率，檢查電臺接收指示燈是否正常，檢查接收衛星顆數)4顆，流動站可開始測量任務。先聯測1～2個已知控制點，評定測量精度，滿足設計要求后開始測量任務。實時動態RTK數據處理相對簡單，外業測量采集的實測坐標通過手簿的數據傳輸系統，直接下載到計算機內。經整理、分類、判斷形成文件后直接打印出來。

3 城市測量應用實例

3.1 測區概況

某工業園是南寧市規劃建設的新區之一，是今后幾年南寧市城市基礎建設的重點地區。該測區地勢相對平緩，高大建筑物較少，對視空影響不大。除個別地方外對RTK作業無大的影響。

3.2 確定轉換參數

為保證轉換參數的精度，共加進5個高等級GPS控制點(A，B，C，D，E)，通過多種點的匹配方案，選擇殘差較少、精度較高的一組參數為最終啟用參數。

3.3 工程應用及定位精度比較分析

工程控制測量和放樣測量均采用RTK作業。對同一觀測點在不同時間段進行重復RTK測量，坐標較差比較見表2;相鄰觀測點間全站儀實測距離和RTK實測距離進行抽樣檢查，結果見表3。由于采用了殘差較小的參數控制文件，正式工作之前檢測已知點，觀測時利用帶對中桿的三角支架作業，提高了觀測精度。

(2)測區位于南寧市東南方向，測區地勢平坦，多路徑效應小，大車路縱橫交錯，交通極為便利，適合RTK作業。重復測量同觀測點的坐標較差統計表，見表4。

根據工作應用來看，RTK作業既可以實時提供點位坐標和高程，又可實時知道測量點位精度，能夠極大地提高工作效率。只要在作業過程中加強檢核、采用對中誤差較小的支架、遠離無線電發射電臺、避免多路經效應，RTK測量完全能夠滿足城市建設的需要。

4 總結

RTK實時動態測量技術是繼GPS全球定位技術之后，測量領域又一次技術革命。它改變了傳統的測量模式，能夠實時提供厘米級定位精度，在不通視的條件下遠距離傳輸三維坐標。應用于城市測量中，RTK能夠快速準確的布設導線網，彌補由于城市日星月異的發展造成的低等級導線點的毀壞，減輕由于城市高速發展而給測繪人員造成的時間壓力。RTK測量需要的測量人員少、作業時間短，工作效率高，并且RTK測量成果都是獨立觀測值，不會像常規測量造成誤差積累。當然，RTK技術快速、靈活的作業方式有賴于足夠的衛星數、穩健的數據鏈、較小的多路徑效應等外界條件，在城市環境下更顯得突出，有時會出現無法正常作業的情況，這就需要不斷完善RTK技術，探討先進作業方式。隨著RTK技術的日趨成熟，必將更好地服務于城市測量。

參考文獻

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