GPS-RTK技術在工程測量中的應用

文|胡雪寒

GPS-RTK技術在工程測量中的應用

文|胡雪寒

基于筆者多年從事工程測量的相關工作經驗，以RTK技術在鄭州市工程測量中的應用為研究對象，結合兩個筆者參與的鄭州市測量工程案例，詳細分析了RTK工程測量的步驟，流程和方法，在此基礎上，筆者結合研究體會給出了幾條建議，全文是筆者長期研究基礎上的理論總結，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。

城市控制測量是為市政工程建設、規劃紅線定位、工程測圖、房產圖測繪、地籍變更測量等服務的城市測量的基礎性工作。傳統的方法一般采用導線測量，隨著全球衛星定位技術（GPS）的飛速發展，它以高效率、高精度等優點，迅速在城市控制測量中已被廣泛采用。目前GPS實時動態定位技術（RTK測量模式），更是以實時、快速、操作簡單而越來越受到城市測繪單位的青睞。

采用Trimble 5700雙頻GPS接收機，運用RTK模式完成了多個控制測量項目，取得了良好的效果。本文主要結合工程實踐，就RTK技術在城市控制測量中的運用談點體會。

RTK技術

GPS實 時 動 態 測 量（Real-Time Kinematic）簡稱RTK，是實時處理兩個測站載波相位觀測值的差分方法。具體作業方法是設置GPS基準站一臺，并將一些必要的數據，如坐標系轉換參數、預設精度指標、基準站坐標等輸人GPS手簿，一臺或多臺GPS流動站在若干個待測點上設站；基準站與流動站同時接收衛星信號；同時基準站通過電臺將其觀測值和設站信息一起傳送給流動站；流動站將接收到的來自基準站的數據及GPS觀測數據，組成差分觀測值進行實時處理。

表1 兩次測量結果的坐標差值統計

工程案例一

工程概況。測區位于鄭州市某開發區，控制網布設面積約8km2，設計點位27座，起算點采用位于測區南側、東側約0．8 km的J市四等平面控制點各一座，測區北側、西側邊緣四等平面控制點各一座。

RTK GPS測量。為了保證測量成果的精度及可靠性，在測區北側及東側的起算點分別設置基準站，分別采集起算點空間坐標解算坐標系轉換參數；并分別測量待測點平面坐標，然后取兩次測量的平均值作為最終成果；兩次測量結果的坐標差值統計見表1。

根據上述兩次測量坐差值的統計，可算得兩次測量平均值的點位中誤差為±1．25cm。

RTK成果的外部檢驗

相鄰點間邊長檢測。檢測采用TOPCONG GTS-311S全站儀，以兩次測量平均值作為實測邊長值，共檢測通視邊17條；進行實測邊長與RTK測量成果坐標反算所得邊長的差值統計。根據上述邊長差值統計，可算得相鄰點間邊長中誤差為11．08cm。

采用導線測量方式的坐標檢驗。在測區南測選擇待測點6座，按一級導線測量方式觀測，起算點為以上述J市四等平控制點為起算的按GPS靜態方式觀測的城市一級控制點；統計測量結果與上述RTK測量成果的坐標差值，估算RTK測量成果的點位中誤差為±1．22cm。

工程案例二

由于RTK測量在20KM內點位平面標稱精度為±3cm， 根據控制測量規范要求Ⅰ 級導線點的點位誤差為±3cm， 從理論上講RTK測量完全可以滿足Ⅰ級以下導線點的技術規范要求。

在某工程道路放樁RTK測量中，對距離基準站1～6km的一些四等GPS控制點采用一點法進行檢核比較，結果表明平面坐標分量最大差值為3．1cm， 高程最大差值為4．9cm， 完全符合Ⅰ級導線點的規范精度要求。

在某工程1：1000數字地形圖測繪任務中， 測區長約7km， 寬0．7km， 面積約5km2。 整個測區采用Trimble 5700雙頻GPS接收機用靜態法共布測了5個四等GPS 點， 21個一級GPS點， 點位均勻分布， 最弱點點位中誤差為（Mx： 4．0cm,My: 3．9cm)， 并聯測了四等水準高程。 為了進一步檢核Trimble 5700雙頻GPS系統的測量精度，采用GPS控制點聯測法均勻地檢測了其中12個GPS控制點，基準站設在測區中間。 GPS測量坐標值與靜態聯測法坐標值的較差見表2， 其X坐標中誤差為±3．1cm，Y坐標中誤差為±2．3cm， H高程中誤差為±5．0cm， 結果完全可滿足Ⅰ級導線點（5″以下）的規范精度要求。

盡管GPS 測量的標稱精度及實測精度完全滿足Ⅰ級導線點5″點以下的規范精度要求， 但目前的規范對利用GPS 測量進行Ⅰ級導線甚至更高的精度的控制測量， 其采集數據的方法， 數量等等還沒有明確的規定， 因此還需要用大量的實踐來證實。 實際測量中還必須采取足夠的檢核手段， 確保測量的確性。

表2 RTK測量坐標值與靜態聯測法坐標值較差表

建議

RTK 測量與靜態GPS測量相同，首先得到的是WGS-84坐標，必須通過一定的坐標轉換關系才能得到用戶坐標系坐標，轉換參數的求取精度對測量成果有很大影響，因此在實際應用中首先應注意起算點精度，特別應注意采用一定的方法檢核起算點的相對精度；同時，轉換參數有一定的區域性，它僅適用于起算點所圈定的一定區域，外推精度隨距離增加降低明顯，因此在實際工作中應盡量選擇能覆蓋整個測區且分布均勻的起算點。

若已知起算點為靜態GPS控制網成果，可利用已有WGS-84坐標及用戶坐標建立坐標轉換關系，這樣可節省采集起算點WGS-84坐標的時間、提高工作效率；但在利用原有成果時應注意所采用的WGS-84坐標應是在同一網平差中得到的，因為它是由單點定位的WGS-84坐標推算得到的，只代表某個特定的坐標對應關系。

基準站應選擇位置較高的點位，這樣可明顯擴大流動站作業范圍，但根據筆者對多個工程成果的統計分析，基準站與流動站間的距離對測量成有一定的影響，當流動站與基準站間的距離達到5～6 km時，兩次測得的坐標差值及相鄰點間距離與全站儀邊長測量的成果差值超過5cm的明顯增多；筆者建議在采用RTK技術進行控制測量時，為保證成果的精度及可靠性，流動站的作業半徑應控制在5km以內；

根據上述第一、第三點，在采用RTK方式進行較大區域控制測量時可將測區劃分成若干個工作區；各工作區的劃分應有一定的交叉，觀測時應進行相互檢核；也可以采用兩次工作區劃分不同的方式進行觀測。

在城市控制測量中，點位一般可埋設在建成的城市道路，選點時應充分考慮使用的方便及安全，但同時應盡量避開高壓線、高大建筑、電臺發射塔等；因此RTK方式不適合應用于建筑密集的老城區，而在新建開發區一般均能取得較好的效果，本文列舉的兩個工程實例均是在這樣的測區完成的；另外，基準站更應避開高壓線、微波站、變電所等。

RTK測量存在明顯的時間段影響，一般上午11點前、及下午3點之后測得的數據精度較好，在上述工程實例觀測時，筆者曾嘗試在中午12點進行觀測，但很難達到解算狀態，即使得到了坐標成果，其可靠性往往也較低；建議不要在中午12點至14點間進行RTK測量。

由于RTK測量的誤差來源與導線測量不同，各點位精度沒有直接相關性，當相鄰點間距離較短時邊長相對誤差及角度誤差可能較大，為了提高相鄰點間的相對精度應盡量增大相鄰點間的距離；為保證建設工程應用的精度要求，建議利用本文方法進行城市控制網測設時，相鄰點間距離不宜小于300m，因為控制點間無需連續通視，根據筆者的經驗這很容易做到。

利用RTK技術進行城市控制測量操作靈活、簡單，同時減少了大量的觀測數據后處理工作，大大提高了工作效率，徹底改變了城市控制測量的作業模式；但在實際工作中應充分認識這一技術的特點及其與傳統測量模式的區別，設法提高測量成果的可靠性。

中國地震局物理勘探中心）