GPS RTK技術在大比例尺地形測量中的應用分析

摘要：通過對GPS RTK原理分析以及RTK技術在控制測量、數字測圖等工程中的基本應用，對RTK技術的特性和使用方法做了闡述，指出了RTK技術在大比例尺地形測量中的重要作用;并對測量精度進行了一定的分析，得出一些有益的結論和體會。

關鍵詞：RTK技術;流動站;基準站;北斗定位系統

一、前言

GPS（Global Position System）即為全球定位系統的簡稱，它是一套利用美國GPS衛星導航系統進行全天候、全方位的測量定位設備。目前我國的北斗定位系統也在漸漸普及，與GPS原理一樣。根據GPS提供的坐標或坐標演變量精度和方式的不同可以分為毫米級，厘米級，靜態，動態后處理，RTK（RealTime Kinematic實時動態），RTD（Real TimeDiffernce實時差分）等幾種設備分類和測量方式，其中RTK是一種定位精度比DGPS高100倍的載波相位差分GPS技術。

目前，該技術己廣泛應用于地形測量、航空攝影測量、地籍測量、房產測量、勘界與撥地測量、工程測量等各個領域。本文主要通過一些實例體會來探討RTK技術在工程中的應用。

二、RTK測量實例

（一）RTK在控制測量中的應用

在某農業園17.25公頃1：500地形測量中，由于該農業園遠離城市，獨立位于大山中，居住辦公區建筑物較為密集，并存在大面積的密林，造成通視困難，手機信號站較遠、信號質量較差，那么架設基準站，采用RTK的進行測量較為方便。此次測量以居住辦公區為主，基準站設置在測區的中部、地勢較高的二層樓樓頂，符合基準站的架設條件，與己知點的距離在2.0-3.Okm之間。聯測四個D級GPS點和三個三、四等水準點，采用兩臺雙頻GPS接收機實時動態測量模式，流動站用支撐桿豎直。布點時為了方便測圖使用和便于RTK測量等因素，盡量避開高壓線、高大建筑物及高密樹林等因素對RTK測量的影響。實在無法回避的地方，采用增加觀測時間、增加觀測次數的方法以提高觀測精度。由于GPS并不需要點間通視，不必為通視的原因而搬好幾次站，大大減少了測量時間。流動站僅需一次完成，所以減少了人力、財力。

RTK控制測量時，首先用己知控制點建立投影的局部歸化參數，儀器將直接記錄坐標和高程，查看解算后每個控制點的水平殘差和垂直殘差。本次測量解算出兩坐標系之間的轉換參數，水平殘差最大為±2.5cm，垂直殘差最大為±0.6cm。為了提高待測點的觀測精度，將天線設置在對點器上，觀測時間大于20秒，采用不同的時間段進行兩次觀測取平均值;機內精度指標預設為點位中誤差±1.5cm，高程中誤差±2.Ocm;觀測中，取平面和高程中誤差均小于±l.Ocm時進行記錄。

RTK點兩次觀測值坐標較差最大值為±2.8cm，最小值為0.3cm。考慮到兩次觀測采用了同一基準站，觀測條件基本相同，可以將其視為同精度雙觀測值的情況，進而求得觀測值中誤差和平均值中誤差。

同時，我們采用常規手段對RTK控制點進行了四等水準測量。平差后，每公里高差中誤差為±4.2mm，最弱點高程中誤差為±6.5mm。在進行RTK平面控制測量的同時，我們也利用RTK技術進行了高程測量。兩次RTK高程測量的成果高程較差最大為-4.7cm，最小為Ocm.觀測值中誤差為±1.4cm，平均值中誤差為±l.Ocm。

四等水準測量與RTK高程測量成果較差高程較差最大為-4.8cm，最小為-O.lcm，高程較差中誤差為±2.3cm。

如果四等水準網高程中誤差取±2.Ocm，RTK高程測量的中誤差采用其預設精度±2.Ocm，則利用誤差傳播定律可以得到高程較差理論中誤差為±2.8cm，高程較差允許誤差為±5 .6cm。可見求得的高程較差中誤差小于高程較差理論中誤差。

根據實際經驗，由RTK測量的高程計算出的相鄰高差受相鄰點間的長度影響較小，高差精度主要與四等水準測段長度有關。利用高差較差參照不同精度雙觀測值情況計算出高差較差單位（每公里）中誤差為±1.89cm。

如果RTK高程測量的中誤差采用其預設精度±2.Ocm，四等水準高差中誤差取±l.Ocm，得高差較差理論單位中誤差為±3.Ocm。顯然，計算的高差較差單位中誤差小于高差較差理論單位中誤差，證明RTK高程測量能夠滿足《城市測量規范》對四等水準網的精度要求。

（二）RTK在數字測圖中的應用

利用RTK快速定位和實時得到坐標結果的特點，可以進行地形的碎部測量來代替常規的數字測圖。以1臺GPS基準站，另一臺或幾臺移動的GPS接收機分別開始進行碎部點測量。地形點的測量可以在數據采集的功能下進行，也可以根據現場地形的實際情況進行測量設定，在測量管道中心線或道路邊線時可以設定按距離進行采集，距離可以人為設定;在勻速運動測量的過程中，可以設定按時間采集，時間間隔也可人為設定。采集完將數據格式轉換為“點號，東坐標，北坐標，高程”形式，保存到硬盤，使用Cass軟件經過成圖處理，生成數字化地形圖。

地形點的采集可以單人作業，在建筑區內較為開闊的區域進行數據采集，發現RTK的采點速度相當快，由于初始化速度快（小于30s），并且在線運動過程中不失鎖，每個碎部點采集時間不超過2s（含點位代碼輸人），因此，采點速度幾乎等于走路的速度，可以充分發揮RTK快速高精度定位的優勢。

也可以在作業中采用RTK測量模式的優勢，準確快速地建立圖根控制點，在圖根控制點上由全站儀配合電子手簿進行碎部點的數據采集。該法不像常規圖根導線測量那么煩瑣，受地形的限制，也不用支儀器設站，從而減少了因多次設站帶來的測量累計誤差，提高了全站儀碎部點采點的點位絕對精度，使地形測量方便快捷，大大提高了地形測量的工作效率。在地形圖、地籍圖等的測量應用中，均取得了很好的效果。

三、動態RTK測量的流程（見圖1）

四、幾點認識

1.通過對以上事例的分析，可以得出RIK技術能夠滿足城市測量中對導線和四等水準測量的要求。由于RTK技術不同于常規的控制測量，不可能完全用常規控制測量的技術標準來衡量，尤其是在邊長較短的相鄰點表現比較明顯。RTK技術的測量誤差均勻、獨立，不存在誤差積累，精度可靠程度較高。

2.測量過程中，盡可能地檢測一定數量的測區內和相鄰的控制點，以發現異常情況，并剔除原控制網的粗差點，便于做好與已有地形圖或工程項目的接邊工作。

3.測量時需采用一些方法來提高測量精度。如延長測量時間。架設對點器。選擇有利觀測時間。增加觀測次數或改變基準站等。同精度兩次測量值的較差取jcm以下為宜。

4.如輔助相應的軟件，RTK可與全站儀聯合作業，充分發揮RTK與全站儀各自的優勢。

五、結論

1.RFK技術操作簡便，靈活方便，工作狀態穩定。能快速、準確地測定圖根點、碎部點的坐標和高程，實時提供精度可達厘米級經檢核的三維坐標。與傳統的測圖方法相比，人員少，費用省，效率高。

2.在城市空曠地區，建筑物不太稠密的住宅區和大馬路上，RTK能快速地完成碎部測量作業。在夜間作業，比常規測量作業方法更具優越性。

3.在個別高大建筑物或建筑稠密地區，GPS出現盲區，初始化時間長或失鎖，影響碎部測量速度，可采用RTK增補圖根導線點，配合全站儀測量碎部點的方法，從而快速地完成野外作業，也可以大大提高外業測圖的工作效率，進而達到縮短工期，節約成本的目的。

參考文獻：

[1]劉大杰，施一民等全球定位系統（GPS）的原理與數據處理[M].同濟大學出版社.1996.

[2]鄧明鏡，劉國棟，徐金鴻，倪健.全球定位系統測量原理及應用[M]西南交通大學出版社，2014，01

[3]武漢測繪科技大學測量平差教研室編著測量平差基礎[M].測繪出版社，1996.

作者簡介：徐天鋒（1980.1-），男，工程師，本科，主要從事國土資源管理工作。