初探GPS RTK 技術在工程測量中的應用

金旭生

摘 要：隨著城市建設的飛速發展，城區面積不斷擴大，規劃測量工作中遇到的問題（如控制點毀壞、丟失、不通視等等）也隨之而來，使用傳統的測量手段進行工作，影響了整個施工放樣的進度，測量精度還得不到保障。RTK 技術作為一種新的測量手段，以其全天候、高精度、高效率等顯著特點而備受廣大測繪工作者和測繪單位的青瞇，極大提高了測量工作的精度和效率。為此，本文結合某工程實際案例的測量要點，探討了RTK 技術在城市規劃測量中的應用。

關鍵詞：RTK技術；測量；數據

中圖分類號：P228 文獻標識碼： B

概述

實時動態（RTK）測量系統，是GPS 測量技術與數據傳輸技術的結合，是GPS 測量技術中的一個新突破。RTK 測量技術是以載波相位觀測量為根據的實時差分GPS 測量技術，其基本思想是：在基準站上設置1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。在用戶站上，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用戶站的三維坐標及其精度。通過實時計算的定位結果，便可監測基準站與用戶站觀測成果的質量和解算結果的收斂情況，實時地判定解算結果是否成功，從而減少冗余觀測量，縮短觀測時間。RTK 測量系統一般由以下三部分組成：GPS 接收設備、數據傳輸設備、軟件系統。數據傳輸系統由基準站的發射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現實時動態測量的關鍵設備。軟件系統具有能夠實時解算出流動站的三維坐標的功能。RTK 測量技術除具有GPS 測量的優點外，同時具有觀測時間短，能實現坐標實時解算的優點，因此可以提高生產效率。

1 RTK 測量的特點

（1）經典的GPS 測量不具備實時性，而不能用來放樣，放樣工作還得配備傳統的測量儀器，RTK 測量彌補了這一缺陷。放樣精度可達到厘米級。（2）RTK測量成果是在野外觀測時實時提供，因此能在現場及時進行檢核，避免外業工作返工，如，整周求知數初始化情況和測點的點位精度等信息均可在作業現場進行核（3）RTK測量的關鍵技術之一是快速解算載波的整周未知數。用經典的靜態相對定位法，解得整周未知數并達到足夠精度，往往需要1 個小時甚至更長的時間在RTK 測量中，盡管初始化時間的長短受到跟蹤觀測的衛星數、幾何圖形強度、多路徑效應、電離層干擾等諸多因素影響，但已可在數分鐘之內完成。如借助快速動態定位，約需3 分鐘；如采用動態環境下的初始化，約需1 分鐘；如在已知點上進行初始化，僅有幾秒鐘足夠。這樣，測量中即使遇到障礙物（如穿過橋下或通過隱蔽地帶）造成失鎖，也可在重新捕獲到衛星后數分鐘內完成整周未知數初始化，繼續進行測量。（4）能夠在任何地方、任何時間接收到GPS 信號，基準站和移動站不需要通視，作用距離遠（一般都在10km 左右），全天24 小時均可進行RTK 測量放樣。（5）完成基準站的設置后，整個系統只需一人持流動站接收機操作。也可設置幾個流動站，利用同一基準站觀測信息各自獨立開展工作，提高作業效率。

2 工程概況

本測區位于城市工業區，總面積0.7平方公里。假定一個點的坐標和高程后，用羅盤和全站儀測出另一個點的距離和方位角，算出另一個點的假定坐標和高程，并在此基礎上布設一、二級導線（網）或二級GPS點，作為本次測區的首級（加密）平面控制測量。南于本次測區附近沒有國家級控制點，按照區管委會意見，采用獨立坐標系，并假定高程點，對工業園區進行1：1000地形圖的測繪。

3 一、二級導線測量和GPS點的測量

3.1 測量一、二級導線

（1）選點及觀測。在假定已知點坐標的基礎上，按照附合（或閉合）導線的形式布設一級導線網（或二級導線網）。一級導線點應埋設10×20×40cm規格的預制混凝土標石；布設在水泥路面上的一級導線點應嵌入直經為12mm的鋼筋標志或刻“+”標志，二級導線點不強制埋石。一級導線點按A-1、A-2…D-l、D-2…順序編號。一、二級導線水平角使用拓普康3002N全站儀按方向法分別二測回和一測回觀測導線前進方向的左折角。二測回之間度盤按00°00'和90°10'進行配置。一、二級導線邊長采用拓普康TPc3002N型全站儀按單向二測回（一測回三次讀數）測定（二級導線按一定測回測定）。測邊的同時，按中絲法對向各二測回（二級導線一測回）觀測其導線邊之垂直角。（2）平差計算。一、二級導線應盡量組成導線網進行嚴密平差計算。平差軟件可利用南方測繪公司編制出版的《測量平差大全》中導線網平差軟件進行平差計算。平差方法可采用條件平差、相關平差和逐漸趨進法平差等。一級導線經平差后，測角中誤差不得超過±5.0秒；二級導線平差后，測角中誤差不得超過±8.0秒；導線點點位中誤差均不得超過±5.0cm。測區一、二級導線控制測量取位：水平角和垂直角記錄、計算取位至秒；邊艮、坐標計算及其成果取位至毫米。

3.2 二級GPS點測量

GPS點選點。為便于GPS點加密一級圖根導線點的應用，選定的GPS點至少應與一個相鄰GPS點通視，亦盡可能考慮多方向通視，布設點位要分布均勻，二級GPS點間距一般小于1km，平均邊長不大于1km。GPS點的點號按“ⅡX”執（2）GPS點埋石。GPS點標石類型在一般地區埋設普通標石，在建筑物上埋設樓頂標石或嵌入標志。中心標志采用鑄鐵標志，標志頂面應略高于標石面。測區地面上的GPS點，埋石采用柱石下面現場澆灌混凝土辦法，在實地埋設時，標石坑位下底面邊長應大于70cm，標石周圍填土夯實。樓頂（建筑物頂）標志埋設時，嚴格依規程附圖B.0.6標石埋設圖執行，清除碎石、粉沫，再浸濕后，方可安放標志，用混凝土嵌埋，以便與建筑物牢固結合。（3）GPS點埋石的資料整理。所有GPS點均在實地按規定繪制點之記，所在地一欄的填寫應認真了解，點位說明要簡潔明確，寫出點至明顯目標的方向距離，量注標石中心至其它地物點三處的距離。在繪制略圖時，略圖方位應與實地一致。選埋結束后，應及時標繪點位分布圖，準確繪制相鄰點通視方向。（4）GPS點觀測要求。GPS觀測必須使用經法定單位檢驗合格的接收機，觀測一般采用快速靜態定位模式。endprint

4 地形測量

4.1 動態GPS（及RTK）圖根控制

（1）應根據測區范圍內已知一級導線及以上控制點的分布和與流動站間距（≤10km），選擇基準站位置，同時要注意基準站上空無干撓衛星信號的大面積遮掩和影響RTK數據通訊線的電磁場干擾。（2）用于RTK測量的控制點必須是三維GPS網點或與其聯測平差看的控制點。第一次設置基準站或重新設置基準站后，必須聯測一個以上已知坐標點作為檢核，當檢核精度滿足相應等級時，方可作業。（3）測量時置信程度必須沒置在99.9%，在固定解狀態且HRMS≤0.02、vRMs≤0.02時方可數據采集。對于沒有檢核條件的測量點，應分不同時間段進行重復測量，以避免測錯。（4）每點測量應在重置整周模糊度的情況下分別測量兩次，兩次成果較差（B，L）應小于0.02"，大于較差的府返工重測，成果取中數。

4.2 地形圖測量

4.2.1 地形圖編號及圖廓整飾

測圖比例尺為1：500，基本等高距為0.5米。地形圖采用50×50厘米的正方形分幅，圖名、圖號及圖廓整飾等，按都江堰市規劃局統一要求，即：（1）全部注記為“**市地形圖”。（2）圖號：采用**市統一編號，如：25—30。其中，25一代表本圖幅在整個測區內所在的“行數”；30一代表本圖幅在整個測區內所在的“列數”。（3）左上方的結合表：相鄰圖幅標注圖號。（4）其余部分全部按照“圖式”要求整飾。

4.2.2 外業數據采

（1）使用傘站儀按全野外數字化測量的方法進行外業數據采集，利用南方測繪公司《GASS7.1成圖軟件》進行地形圖編輯。（2）測塊劃分的原則。為滿足數據庫建立的要求及減少接邊工作量，外業數據采集必須以地塊為單位進行作業。以路、埂、溝、河、渠、墻等自然地界為邊界進行分塊，保證地物在塊內完整、獨立。塊的面積不宜小于一幅圖（1：500），也不宜大于四幅圖，其最終文件的數據量不宜大于8000點，以免接邊等工作因數據量大而降低工作效率。

（3）測站檢查。測站安置輸入有關信息后，應使用相鄰控制點進行檢查。當測站高程及坐標檢查無誤后方可進行碎部測量工作。當一站施測完畢后應進行歸零檢查。（4）碎部點測量。地形圖除嚴格按照《城市測量規范》有關技術要求進行施測和表示外，根據本次測區的特點和城市規劃用圖的要求，特作如下補充說明：

房屋一律以墻角為準施測表示，并按房屋的樓層、建筑材料、結鉤、性質等區別表示，臨時性的工棚不表示。實測部分的大型橋梁、高壓鐵塔、高壓電竿以及主要樓房（一般二層以上）重要建筑物和構筑物等，應使用全站儀精確測量和展繪。

街區內各種市政設施及獨立地物須全部測繪，并用相應的圖式符號區別表示，不作取舍。（5）公路應實際測繪出路面線和路基線，并按不同的材料分別名“瀝、水泥、碎石”等，不明顯的小路可以作適當的取舍，但遇橋、居民地等應有道路連接。圖內名類管線、檢修井、消防栓等全部實測，并根據其性質用相應的圖式符合區別表示（直經小于10厘米的民用自來水管可不表示）。埋在地下的光纜線、天燃氣管線等，實測地表面上的標志并查明其走向，標志之間用虛線表示，并注明“光纜”、“氣”等。圍墻統一以粗黑線和黑方}央（即不依比例尺符號）表示。其中，黑方塊一般朝向單位內部，打點的位置應是“粗黑線”的轉角處外邊緣（即打點的位置和黑方塊表示的朝向相反）。高壓鐵塔、雙竿高壓線，除實際測繪同其鐵塔和竿的準確位置外，用實線繪出其電線在地面上的實際投影位置（線的實際寬度），其中間的電力線符號不繪。圖內各級界線應準確調繪出縣（區）、鄉（鎮）、村，并用相應符號表示。居民地、學校、機關、街道等地理名稱和行政名稱，按現有的名稱調注，若其名稱太長，圖內注記困難時，按當地習慣的簡稱調注。（6）地貌測繪。地貌以等高線表示為主，明顯的特征地貌以符合表示。土堆、沖溝、坑穴、陡坎等應測注高程和比高。各種自然形成的斜坡，沖溝、雨裂圖上大于3cm的應分別測出坡頂、坡腳標高。大于0.5米的田坎、陡坎等，用坎子符號表示，并標注比高。

結語

在RTK技術的不斷完善下，RTK測量的初始化速度、成果精度及可靠性會越來越高。但是由于受衛星信號、接收機狀態、測站周圍環境及儀器操作的影響，RTK定位有時會出現失真，其成果不可能百分之百的可靠。因此，在作業中，我們要根據RTK技術的特點及測區狀況，采取有效措施，嚴格按操作規程作業，并加強成果的復核，以確保RTK成果的精確性和可靠性。

參考文獻

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