淺析RTK在工程測量中的應用

【摘要】本文首先論述了RTK的工作原理及其特點，進而從控制測量、碎部測量、放樣工作和變形監測等來論述了RTK在工程測量中的應用，最后闡述了影響工程測量精度的幾種因素及相應對策，以供同行們參考。

【關鍵詞】RTK；工程測量；應用

RTK是Real Time Kinematic（實時動態）的縮寫，它是建立在全球導航定位系統（GPS）基礎上的定能技術，是GPS測量技術與數據傳輸技術相結合而構成的組合系統，是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到cm級精度，已經廣泛應用到控制測量、工程測量、地形及地籍測量中。在此，本文主要就RTK在工程測量中的應用展開闡述，以供參考。

1 RTK的概述

1.1 RTK的工作原理

RTK的工作原理是：在基準站上設置l臺GPS接收機（基準站），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（移動站）。在移動站上，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，然后根據相對定位原理，實時地解算整周模糊度未知數并計算，顯示移動站的三維坐標及其精度。

1.2 RTK的特點

1.2.1 作業效率高。RTK 設站一次即可測完 4km半徑的測區，可大大減少傳統測量所需的控制點數和測量儀器的 “搬站”次數。同時，在一般的電磁波下，RTK可幾秒內得一點坐標，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了勞動效率。

1.2.2 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，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。

1.2.3 降低了作業條件要求。RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小，只要滿足 “電磁波通視”， 就可輕松地進行快速的高精度定位作業。

1.2.4 RTK 作業自動化、集成化程度高，無需人工干預便可自動實現多種測繪功能，極大減少了輔助測量工作，減少了人為誤差，保證了作業精度。

1.2.5 RTK 作業操作簡便，容易使用，數據處理能力強，能方便快捷地與計算機及其他測量儀器通信。

2 RTK技術在工程測量中的應用

RTK定位有快速靜態定位和動態定位兩種測量模式，兩種定位模式相結合，在工程測量中的應用可以覆蓋控制測量、碎部測量、施工放樣、變形監測等各個領域。

2.1 RTK在控制測量中的應用

控制測量是工程建設、管理和維護的基礎，控制網的網型和精度要求與工程項目的性質、規模密切相關。一般，工程控制網覆蓋面積小、點位密度大、精度要求高，如果采用常規的測量方法，如導線測量、邊角網等，不僅費工費時，且精度不均勻。

而采用RTK進行控制測量，只需在測區內或測區附近的高等級控制點架設基準站，流動站直接測量各控制點的平面坐標和高程，對不易設站的控制點，可采用手簿提供的交會法等間接的方法。測量采用載波相位靜態差分技術，可以保證達到毫米級精度。這樣，采用RTK測量僅需一個人操作，不要求點間通視，大大提高了工作效率，再配合以電子手簿，可以測設各種地形圖，如蒲團測圖、鐵路線路帶狀地形圖的測設、公路管線地形圖的測設、配合測探儀可以用于測水庫地形圖、航海海洋測圖等等。

一般，RTK 應用于控制測量的基本作業流程如下：

2.1.1 儀器準備：野外數據采集使用南方S82型雙頻實時動態測量系統，其圖根控制平面精度為±5㎝，高程精度為110H（H為基本等高距）。含接收機1臺，移動站接收機1臺，數據鏈發射臺1個，數據鏈接收臺1個，基準站中增益天線及電纜線各1根，PISON掌中電腦2臺，普通測桿2根。

2.1.2 坐標系數及作業參數。由于RTK獲得的是WGS-84坐標，而RTK作業要求實時給出當地坐標，這就需要采用三參數或七參數方法進行坐標轉換。根據工程需要，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。

在求定轉換參數時，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。

2.1.3 基準站的選址

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。因此，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）基準點應盡可能選擇在交通便利，便于安置接受設備和便于操作的地方。

（3）基準站應選在地勢較高，視空無遮擋、電臺有良好覆蓋域的地方，最好選擇在測區內高大建筑物上。

（4）為防止數據鏈的丟失和多路徑效應，在基準站200m范圍內應無GPS信號反射物、無高壓輸變電線路、電視臺、無線電發射臺等干擾源。還應避開大面積水域的地方。

2.1.4 RTK實施步驟：野外作業時，基準站安置在選定的控制點上，連接好各條鏈接線，打開接收機輸入點號、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。才測量時，一旦實測精度達到預設精度指標，即可保存觀測數據停止觀測，時間一般只需3-5min。

2.2 RTK在碎部測量中的應用

將RTK技術應用于地形圖、地籍圖的碎部測量，可以不進行圖根控制，測圖時僅需一個人背著儀器到測點上呆上 1-2秒鐘并同時輸入特征編碼，依據一定數量的基準點，便可以高精度并快速的測定界址點、地形點、地物點的坐標。在室內繪圖時，把區域內的地形、地物特征點的數據傳入計算機，即可由繪圖軟件成圖。

由于采用RTK測量不受基準站和流動站之間的地物影響，設一基準站后可在半徑10kn內采集任意碎部點（在能觀測到4顆以上衛星的前提下），且采集速度快，大大降低了測圖的難度，因此被廣泛應用到一些特殊工作環境的測量中，如水上測量等。

2.3 RTK在放樣工作中的應用

放樣是測量一個應用分支，它要求通過一定方法采用一定儀器把人為設計好的點位在實地給標定出來。傳統的放樣方法很多，如經緯儀交會放樣、全站儀邊角放樣等，這些放樣需要設定一個點位，然后在放樣過程中需要來回移動，且一旦遇到困難情況就要借助別的方法才能完成放樣工作。

而采用RTK技術進行放樣，只需將參數如放樣起點終點坐標、曲線轉角、半徑等輸入RTK的外業控制器，背著GPS接收機，它會提醒你走到放樣點的位置，既迅速又方便，且精度很高很均勻，只需一人操作，效率可大大提高。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，直到誤差小于設定值為止。由于每個點位的測量都是獨立的完成的，不會產生累積誤差，各點放樣精度趨于一致，因而簡捷易行。

2.4 RTK在變形監測中的應用

變形監測主要是監測大型建筑物、構筑物的地基沉降、位移以及整體的傾斜等狀況。變形監測網具有毫米級的精度，比一般工程控制網高一個數量級。監測工作的特點是被監測體的幾何尺寸巨大，監測環境復雜，監測技術要求高。實踐表明，如果用較長的觀測時間，分幾個時段進行觀測，并采用強制對中，觀測時天線指北等措施，長度不超過 4km的基線向量可達到2mm～3mm的精度

3 影響工程測量精度的幾種因素及相應對策

3.1 基準站的選擇

基準站的選擇則參照文中2.3小點的內容。

3.2 轉換參數

轉換參數對于測量工作的精確度十分重要。求轉換參數所利用的控制點數量應該足夠。一般，平面控制點至少3個，高程控制點一般4個以上。控制點應以能覆蓋整個測區為原則，最好均勻分布。另外，轉換參數的精度不僅與所選點的位置與數量有關，還與所選點的坐標精度密切相關，因此在選擇控制點時應該對測區內的已知點進行篩選。

3.3 RTK測量圖根控制點的要求

用RTK作圖根控制測量時，應該使用三腳架，以提高精度。圖根控制點應該選在適合全站儀測量的地方，兩點需要通視。每個控制點最好觀測兩次取其平均值作為結果，兩次觀測值的較差不宜超過3cm。

3.4 縮小作業半徑

移動站離開基準站的最大距離稱作RTK的作業半徑。RTK的穩定性和精度隨移動站到基準站距離的增大而降低。要得到厘米級的精度，應縮小作業半徑，通常小于5km。

3.5 觀測時間的要求

觀測時間需在點位幾何圖形強度因子（PDOP）值小的時間段（小于6，可以通過衛星預報信息查看），利用良好的時段進行RTK測量，不僅速度快，而且精度高。

3.6 觀測者要求

觀測者的專業水平和經驗對成果的精度影響很大。因此，在測量中應嚴格按規范操作，減少人為因素對測量精度的影響。

參考文獻：

[1]吳華峰，安丹丹，王建華. RTK技術在控制測量中的應用探討[J].商品與質量：建筑與發展，2012（2）.

[2]李剛.淺論GPS(RTK)測量在工程測量中的應用[J].甘肅科技，2011（23）.