RTK與全站儀配合在工程測(cè)量中的應(yīng)用

楊志軍（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四〇二隊(duì)，湖南 長(zhǎng)沙410000）

RTK與全站儀配合在工程測(cè)量中的應(yīng)用

楊志軍（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四〇二隊(duì)，湖南 長(zhǎng)沙410000）

根據(jù)工程測(cè)量的特點(diǎn)，分析了RTK測(cè)量技術(shù)及全站儀各自的作業(yè)特點(diǎn)，說(shuō)明了在工程測(cè)量中，兩者的配合使用不僅滿足了工程的精度要求，而且可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高作業(yè)效率，具有廣闊的發(fā)展前景。

RTK；全站儀；測(cè)量

前言

在城市建設(shè)中，工程測(cè)量是一大必要措施，與工程設(shè)計(jì)、施工以及竣工驗(yàn)收均息息相關(guān)，可提供相關(guān)的數(shù)據(jù)支撐，以確保工程質(zhì)量。當(dāng)前，如何保證工程測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性是一大關(guān)鍵問(wèn)題。

近些年，GPS技術(shù)發(fā)展迅速，載波相位差分技術(shù)（Real Time Kinematic，簡(jiǎn)稱RTK）逐漸成熟，在各種測(cè)量工程中得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)RTK與全站儀的配合應(yīng)用，可達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短的目的，實(shí)現(xiàn)測(cè)量效率的提高。由近些年筆者測(cè)量工作實(shí)踐證明，RTK與全站儀的配合應(yīng)用模式實(shí)用性高，值得推廣。

1 RTK測(cè)量技術(shù)概述

1.1 RTK基本工作原理

RTK實(shí)時(shí)定位技術(shù)，指的是以載波相位觀測(cè)值為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，其主要組成部分包括基準(zhǔn)站接收機(jī)（1臺(tái)）、流動(dòng)站（1臺(tái)或多臺(tái)）、數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)。RTK基本工作原理如下：在已知點(diǎn)安置接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，對(duì)衛(wèi)星開(kāi)展連續(xù)觀測(cè)，使用無(wú)線電傳輸設(shè)備將觀測(cè)數(shù)據(jù)與測(cè)站信息實(shí)時(shí)發(fā)動(dòng)至流動(dòng)站，流動(dòng)站GPS接收機(jī)可同時(shí)接收基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)與GPS衛(wèi)星信號(hào)，根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)解算獲得流動(dòng)站三維坐標(biāo)與誤差（即：將基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的坐標(biāo)差，加上基準(zhǔn)坐標(biāo)，獲得每個(gè)點(diǎn)WGS－84坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)獲得流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)平面坐標(biāo)與高程）。

1.2 RTK測(cè)量技術(shù)特點(diǎn)

1.2.1 作業(yè)效率高

滿足觀測(cè)條件情況下，高質(zhì)量RTK設(shè)站一次、只需要一人操作就能夠測(cè)完5km半徑測(cè)區(qū)的任務(wù)，與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，無(wú)論是控制點(diǎn)數(shù)量、測(cè)量?jī)x器設(shè)轉(zhuǎn)站次數(shù)均顯著減少，只需要幾秒就能夠獲得測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，有效提高了作業(yè)效率，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，數(shù)據(jù)無(wú)需后續(xù)處理。

1.2.2 定位精度高，無(wú)誤差積累

通過(guò)RTK技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集時(shí)，相鄰點(diǎn)點(diǎn)位誤差互相獨(dú)立，無(wú)積累、無(wú)傳播，有效避免人為的誤差，同時(shí)每個(gè)點(diǎn)誤差均是隨機(jī)的，故而不會(huì)如同傳統(tǒng)測(cè)量方法那樣出現(xiàn)誤差積累。一定作業(yè)半徑范圍（通常是5km）內(nèi)，RTK平面精度與高程精度均可達(dá)厘米級(jí)，能夠開(kāi)展一般等級(jí)的控制測(cè)量、工程測(cè)量、施工放樣、GIS數(shù)據(jù)采集與更新、大比例尺測(cè)圖等。

1.2.3 作業(yè)條件要求低

RTK技術(shù)需滿足“電磁波通視”，不需要兩點(diǎn)間得到光學(xué)通視的要求。故而與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比較，RTK技術(shù)在通視條件、能見(jiàn)度、季節(jié)、氣候等方面所受影響較小，能夠達(dá)到全天候工作。

1.2.4 作業(yè)自動(dòng)化、集成化的程度較高，操作簡(jiǎn)便，測(cè)繪功能強(qiáng)

RTK流動(dòng)站使用的是內(nèi)裝式的軟件控制系統(tǒng)，因此不需要人工干預(yù)，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種的測(cè)繪功能，工作人員僅僅需要再設(shè)站時(shí)簡(jiǎn)單設(shè)置，就能夠邊走邊得到測(cè)量結(jié)果，或是開(kāi)展坐標(biāo)放樣，能夠同時(shí)在所有的待測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

2 RTK與全站儀配合測(cè)量?jī)?yōu)越性

RTK技術(shù)具有高效、靈活、高精度的特點(diǎn)，但是實(shí)際使用中葉可發(fā)現(xiàn)其存在一定的局限性，例如：穩(wěn)定性不如全站儀，其主要是因?yàn)镽TK極易被衛(wèi)星狀況、天氣狀況以及數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況所影響。RTK技術(shù)應(yīng)用于城市測(cè)量中的局限性尤為明顯，在部分情況下，因?yàn)殡姶挪ǜ蓴_、多路徑效應(yīng)、高大建筑物與樹(shù)木限制接收機(jī)衛(wèi)星觀測(cè)視野，以致于無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，因此RTK技術(shù)尚且無(wú)法將全站儀完全取代。全站儀實(shí)際測(cè)量中，則容易出現(xiàn)控制點(diǎn)被破壞、不通視等問(wèn)題，導(dǎo)致測(cè)量工作中斷。

基于此，采用RTK與全站儀配合測(cè)量能妥善解決上述問(wèn)題，若是測(cè)區(qū)衛(wèi)星信號(hào)好、視野開(kāi)闊，可使用RTK測(cè)量技術(shù)；若是RTK受限，則可用RTK于附近開(kāi)闊地帶進(jìn)行控制點(diǎn)布設(shè)，通過(guò)全站儀開(kāi)展測(cè)量作業(yè)。

3 RTK與全站儀配合測(cè)量模式的具體應(yīng)用

3.1 控制測(cè)量

控制測(cè)量可以為工程建設(shè)、管理、維護(hù)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，也可以保證期他測(cè)量工作質(zhì)量。通過(guò)RTK技術(shù)的應(yīng)用，能有效提高控制測(cè)量速度，實(shí)時(shí)了解定位精度。在實(shí)際工程館中，將基準(zhǔn)站設(shè)置好后，若是流動(dòng)站上衛(wèi)星信號(hào)接收好并在固定解情況下，僅需要十幾秒，即可得到毫米級(jí)平面定位與厘米級(jí)高程定位精度。為了有效控制測(cè)量質(zhì)量，用RTK設(shè)置控制點(diǎn)時(shí)，需3點(diǎn)一組，以用作全站儀的設(shè)站、定向以及校核使用。衛(wèi)星信號(hào)的接收盲區(qū)，需在外圍可采集到RTK固定解位置設(shè)置控制點(diǎn)，然后使用全站儀開(kāi)展盲區(qū)的控制測(cè)量與其他測(cè)量。

3．2大比例尺地形圖測(cè)繪

使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行大比例尺地形圖的測(cè)繪時(shí)，需要先建立控制點(diǎn)，然后開(kāi)展碎部測(cè)量。測(cè)量過(guò)程中，兩點(diǎn)必須通視，為防止誤差過(guò)度積累，需分級(jí)布網(wǎng)，因此工作量較大，效率低，耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)。若是直接使用RTK進(jìn)行測(cè)圖，則無(wú)需布設(shè)各級(jí)控制點(diǎn)，只要將基準(zhǔn)站安置好，采集已知點(diǎn)坐標(biāo)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)后，即可在流動(dòng)站上開(kāi)展碎部測(cè)量，測(cè)量中無(wú)需通視，測(cè)量作業(yè)效率大幅提升。RTK接收信號(hào)盲區(qū)，可通過(guò)全站儀測(cè)量。

3．3放樣測(cè)量

設(shè)計(jì)人員在地形圖上完成定線或是定點(diǎn)工作后，測(cè)量人員需通過(guò)儀器進(jìn)行實(shí)地測(cè)量標(biāo)定，這就是放樣。RTK放樣時(shí)，完成基準(zhǔn)站的架設(shè)工作后，僅僅需要一人即可完成流動(dòng)站操作：①將線路起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等參數(shù)輸入至手簿，系統(tǒng)即可自動(dòng)計(jì)算，顯示出流動(dòng)站和實(shí)際點(diǎn)位差值。②按照儀器手簿顯示數(shù)據(jù)，即可定出線路任一點(diǎn)位，內(nèi)業(yè)整理時(shí)，還可獲得點(diǎn)位高程數(shù)據(jù)，大大減少中平測(cè)量工作。③放樣時(shí)，可按樁號(hào)、也可按坐標(biāo)進(jìn)行放樣，方法靈活，可以隨時(shí)互換。

3．4測(cè)區(qū)內(nèi)的其他測(cè)量工作

確定線路后，僅需要將設(shè)計(jì)文件有關(guān)數(shù)據(jù)輸入RTK接收機(jī)，架設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，即可利用RTK技術(shù)進(jìn)行線路加點(diǎn)與測(cè)區(qū)其他測(cè)量工作。

4 RTK與全站儀配合測(cè)量模式使用效果

（1）精度方面。因?yàn)镽TK測(cè)量無(wú)誤差積累的問(wèn)題，因此相鄰點(diǎn)位誤差互相獨(dú)立，無(wú)積累、傳播。通過(guò)全站儀檢核RTK所測(cè)控制點(diǎn)可知，測(cè)點(diǎn)精度完全可滿足圖根控制要求。使用RTK開(kāi)展高程測(cè)量，無(wú)法直接獲得地面點(diǎn)正常高程，需開(kāi)展高程換算。故而，外業(yè)觀測(cè)過(guò)程中，需及時(shí)和已知點(diǎn)高程進(jìn)行校核，選取合適的數(shù)據(jù)處理方法，將粗差剔除，確保高程精度達(dá)標(biāo)。由筆者近年來(lái)實(shí)踐工作證明，RTK和全站儀配合測(cè)量模式，測(cè)量精度完全達(dá)標(biāo)。

（2）效率方面，RTK測(cè)量?jī)H需要少量控制點(diǎn)，建立基準(zhǔn)站后，數(shù)據(jù)鏈可控制幾公里以致十幾公里測(cè)程，無(wú)需經(jīng)常遷站，大大提高作業(yè)效率。此外，RTK測(cè)量過(guò)程中，一組僅需要1～2人，大大節(jié)省了人力資源，全站儀一組則需配置3～4人，所有使用RTK技術(shù)能夠大大提高測(cè)量效率。

5 RTK與全站儀配合測(cè)量注意事項(xiàng)

（1）對(duì)于測(cè)量工作而言，基站需盡可能設(shè)置于測(cè)區(qū)中心、視野開(kāi)闊的至高點(diǎn)上，防止樹(shù)木等物體遮擋，遠(yuǎn)離高壓線、無(wú)線電信號(hào)發(fā)射塔，以免影響到RTK性能，導(dǎo)致精度下降。RTK測(cè)量存在困難時(shí)，可在附近衛(wèi)星信號(hào)較好區(qū)域使用RTK測(cè)出可互相通視的控制點(diǎn)，以此作為全站儀控制點(diǎn)。每個(gè)控制點(diǎn)均需觀測(cè)2次，取平均值為結(jié)果，其后使用全站儀開(kāi)展下一步測(cè)量工作。

（2）為確保RTK測(cè)量精確性，應(yīng)用下述方法開(kāi)展質(zhì)量控制：①已知點(diǎn)比較法，在已知高級(jí)控制點(diǎn)上，通過(guò)RTK測(cè)出坐標(biāo)，并與已知坐標(biāo)開(kāi)展比較檢核，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需及時(shí)找出原因，加以改正。②重測(cè)比較法，每次初始化成功后，需先測(cè)量1～2個(gè)已測(cè)過(guò)的RTK點(diǎn)，確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行RTK測(cè)量。

（3）因?yàn)镽TK穩(wěn)定性與精度會(huì)隨著流動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離增大逐漸降低，因此為了保證測(cè)量成果可靠性，必須保證流動(dòng)站至基準(zhǔn)站距離適中，不能太遠(yuǎn)，通常為5km內(nèi)。

（4）使用RTK測(cè)量過(guò)程中，觀測(cè)時(shí)間需選在點(diǎn)位幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP值小于6且有效衛(wèi)星數(shù)不少于5顆時(shí)間段進(jìn)行，有效提高測(cè)量速度，精度高。

（5）實(shí)際操作中，需嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)規(guī)范開(kāi)展工程，有限減少人為因素的干擾，尤其是儀器對(duì)中、測(cè)量天線高、輸入基準(zhǔn)站坐標(biāo)的過(guò)程中，一旦產(chǎn)生差錯(cuò)，則直接影響整個(gè)測(cè)量成果的精確性。故而，對(duì)中時(shí)，部分精度要求較高點(diǎn)位，需采用三腳架或是快速對(duì)中支架，以達(dá)到有效提高對(duì)中點(diǎn)精度的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，工程測(cè)量中，全站儀等先進(jìn)的儀器設(shè)備均得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是由于常規(guī)的測(cè)量方法受到橫向通視與作業(yè)條件限制，作業(yè)強(qiáng)度大，效率低，以致于設(shè)計(jì)周期大幅延長(zhǎng)。通過(guò)RTK開(kāi)展測(cè)量，無(wú)需兩點(diǎn)通視，不存在積累誤差。RTK測(cè)量受限制處，配合全站儀開(kāi)展作業(yè)，能夠彌補(bǔ)RTK局限性。由以往工作效果來(lái)看，采用此種測(cè)量模式，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，解決實(shí)際問(wèn)題，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，具有不可替代的優(yōu)越性。

[1]孫衛(wèi)芳，王桂前.RTK在城市測(cè)量中的應(yīng)用[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009（S1）：173～174.

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P228.4

A

2095-2066（2016）22-0060-02

2016-5-12

楊志軍（1975-）男，測(cè)繪工程師，本科，主要從事測(cè)繪工程工作。