RTK技術(shù)在竣工測量中的應(yīng)用

焦吉文　武斌

【摘要】隨著測量技術(shù)水平的不斷進步，RTK技術(shù)在竣工測量領(lǐng)域越來越廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)測量技術(shù)手段相比，RTK技術(shù)不僅實現(xiàn)了實時動態(tài)定位測量，而且其測量精度以及測量效率均得到了明顯的提高。不過目前RTK技術(shù)在工程竣工測量中的應(yīng)用還會受到一些客觀條件的限制。本文將對RTK技術(shù)在工程竣工測量工作中的技術(shù)優(yōu)勢以及局限性進行分析，以便進一步推動RTK技術(shù)在工程竣工測量中的應(yīng)用與推廣。

【關(guān)鍵詞】RTK技術(shù);竣工測量;應(yīng)用

Application of RTK technology in as-built survey

Abstract： With the continuous advancement of measurement technology， RTK technology is more and more widely used in the field of as-built measurement. Compared with traditional measurement techniques， RTK technology not only realizes real-time dynamic p

ositioning measurement， but also significantly improves its measurement accuracy and measurement efficiency. However， the application of RTK technology in project completion measurement is still limited by some objective conditions. This paper will analyze the technical advantages and limitations of RTK technology in engineering completion surveying work， in order to further promote the application and promotion of RTK technology in engineering completion surveying.

Key words： RTK technology; as-built measurement; application

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.14.040

引言：

與靜態(tài)GPS定位測量技術(shù)相比，RTK測量技術(shù)是一種實時動態(tài)測量技術(shù)，該技術(shù)以載波相位技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對測站相位的差分處理以及坐標解算來實現(xiàn)高精度的定位測量。由于RTK測量技術(shù)能夠在外業(yè)測量過程中直接完成數(shù)據(jù)解算，且定位精度能夠達到厘米級，不僅加大的提高了工程測量的效率，而且也使定位測量精度得到了明顯的提升，更好的滿足了工程竣工測量的實際要求。因此，在工程竣工測量工作中應(yīng)加強對RTK技術(shù)的研究，充分理解RTK技術(shù)特點，準確把握RTK技術(shù)在工程竣工測量工作中的優(yōu)缺點，并結(jié)合工程竣工測量的實際情況采取有效措施充分發(fā)揮RTK技術(shù)優(yōu)勢，科學規(guī)避其技術(shù)限制，從而推動我國工程竣工測量技術(shù)水平的提升。

1、概述

工程竣工測量指的是在工程項目施工完成后，應(yīng)對工程平面以及高程進行測量，以準確掌握工程項目的實際占地面積、基底面積等各項數(shù)據(jù)信息，并要對工程高度進行驗收，同時還應(yīng)根據(jù)測量數(shù)據(jù)完成工程項目平面總圖的繪制，并測定工程相關(guān)配套設(shè)施的高程數(shù)據(jù)等，從而為工程竣工驗收提供可靠的參考數(shù)據(jù)[1]。在工程竣工測量工作中，為保證測量精度，避免坐標轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差等問題，應(yīng)在測圖中采用統(tǒng)一的數(shù)學基礎(chǔ)和比例尺進行測繪，且應(yīng)確保測量數(shù)據(jù)能夠符合工程項目所在地區(qū)的地理信息標準要求。在完成工程竣工測量后，應(yīng)詳細記錄測量數(shù)據(jù)，并做好測量數(shù)據(jù)的存檔工作。

2、RTK技術(shù)

RTK技術(shù)也就是載波相位差分技術(shù)，這是一種動態(tài)實時測量技術(shù)[2]。以載波相位觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行基準站的設(shè)置，并利用流動站接收由數(shù)據(jù)鏈所傳輸?shù)娜S坐標數(shù)據(jù)和測點觀測數(shù)據(jù)進行實時差分。流動站在啟動后首先要進行初始化，接收基準站所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。同時，流動站自動完成觀測數(shù)據(jù)的采集，存儲以及數(shù)據(jù)處理工作，利用坐標轉(zhuǎn)換處理方式完成定位測量。其定位測量精度已經(jīng)能夠達到厘米級水平，從而可以為工程竣工測量工作提供更加精確的數(shù)據(jù)依據(jù)。RTK技術(shù)工作原理可參見圖1所示。

3、成果計算

RTK技術(shù)采集的數(shù)據(jù)應(yīng)為WGS84數(shù)據(jù)，工程測量數(shù)據(jù)成果一般采用地方坐標系或國家坐標系成果，其平面坐標和高程計算方法如下：

選取控制點周邊或覆蓋整個工程項目3個以上等級控制點的WGS84大地坐標成果（B、L、H）和平面直角坐標以及85水準高程成果（X、Y、h），采用外業(yè)點校正或內(nèi)業(yè)求解的方法計算測區(qū)轉(zhuǎn)換七參數(shù)，七參數(shù)的計算結(jié)果應(yīng)進行評價，要求七參數(shù)計算最大殘差在水平方向上小于0.02m，垂直方向上小于0.03m。通過設(shè)置于GNSS接收機的“七參數(shù)”，直接獲取采集點的平面直角坐標和高程成果。

在高程求解中，參與高程擬合處理的水準點受地形特點、分布情況和水準點數(shù)量等因素都會對擬合精度產(chǎn)生不同程度的影響。受此限制，當測區(qū)地勢的起伏較為明顯時，就會導(dǎo)致GPS擬合高程測量的精度下降。因此要在工程竣工測量工作中應(yīng)用RTK技術(shù)時，工作人員需要首先合理選擇測區(qū)內(nèi)水準點的布設(shè)位置以及水準點的布設(shè)數(shù)量，并要對水準控制點進行定期觀測，以便及時發(fā)現(xiàn)高程異常，從而采取相應(yīng)的修正措施，這一才能進一步提高GPS 擬合的高程測量精度。

4、RTK技術(shù)分析

4.1優(yōu)點分析

（1）能夠有效提高測量效率

在工程竣工測量工作中，應(yīng)用RTK技術(shù)能夠極大的提高測量效率。在一般地勢條件下應(yīng)用RTK技術(shù)開展工程竣工測量工程時，只需保證設(shè)站科學合理，就能夠在短時間內(nèi)一次性完成5km作業(yè)半徑范圍內(nèi)的工程竣工測量任務(wù)。與傳統(tǒng)測量技術(shù)相比，應(yīng)用RTK技術(shù)能夠有效減少控制點的布設(shè)數(shù)量，且不需要多次架設(shè)儀器設(shè)備，不僅極大的提高了測量的效率，縮短了工程竣工測量的周期，而且明顯減輕了測量人員的工作強度，只需一名測量人員就能夠完成大量測量作業(yè)，并能夠在幾秒鐘內(nèi)完成測點坐標解算等工作。因此RTK技術(shù)在提高工程竣工測量效率方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

（2）能夠有效提高測量精度

在工程竣工測量工作中，應(yīng)用RTK技術(shù)定位測量精度得到明顯提高。目前RTK設(shè)備的有效測量半徑一般在5km左右，在此范圍內(nèi)能夠通過一次設(shè)站快速準確的完成工程竣工測量工作，由于RTK技術(shù)采用的是載波相位差分實時動態(tài)測量方式，平面和高程測量精度均能夠達到厘米級水平，極大的提高了工程竣工測量的精度[3]。同時， RTK技術(shù)具有較高的自動化水平，其流動站能夠在接收GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)時自動完成對測點坐標的解算工作，不僅數(shù)據(jù)處理效率高，而且減少了人為因素對工程竣工測量數(shù)據(jù)準確性的影響，進一步提高了工程竣工測量的精度。

（3）能夠有效提高測量技術(shù)適應(yīng)性

應(yīng)用RTK技術(shù)進行工程竣工測量時，對測點與測站之間的光學通視條件不做規(guī)定，不受通視條件限制時就能夠正常開展工程竣工測量工作，與全站儀等傳統(tǒng)測量技術(shù)方法相比，其技術(shù)適應(yīng)性更好，因此能夠更好的滿足多種工況條件下的工程竣工測量工作要求。同時，工程竣工測量工作中，應(yīng)用RTK技術(shù)還可以減少季節(jié)性因素以及氣候條件變化對正常施測工作的影響，這主要得益于于RTK技術(shù)在環(huán)境以及氣候適應(yīng)性方面的突出優(yōu)勢。RTK技術(shù)的這些優(yōu)點，使該技術(shù)在工程竣工測量工作中具有較高的實用價值和十分廣闊的應(yīng)用前景。

4.2缺點分析

（1）受衛(wèi)星因素的限制

在工程竣工測量工作中，應(yīng)用RTK技術(shù)時，由于RTK技術(shù)是以GPS技術(shù)以及衛(wèi)星為基礎(chǔ)的實時動態(tài)測量技術(shù)，因此會受到衛(wèi)星位置以及可觀測衛(wèi)星數(shù)量等因素的影響。每個衛(wèi)星的覆蓋范圍有限，當測區(qū)無法觀測5顆以上的衛(wèi)星時，就難以保證定位測量的精度。同時，衛(wèi)星信號的傳輸還會受到地面遮蔽物的影響，當測區(qū)地面環(huán)境較為復(fù)雜有大量遮蔽物存在、周邊地區(qū)有高壓線纜等干擾源或者有大面積水域等存在時，都會對衛(wèi)星信號傳輸造成干擾，進而影響RTK測量的精度和效率。因此為解決RTK技術(shù)在實際應(yīng)用中的這一局限性，工程竣工測量工作人員應(yīng)加強星歷預(yù)報，準確掌握衛(wèi)星經(jīng)過測區(qū)上空的時間段，以便合理制定測量工作計劃，科學控制施測時間。此外，如需在衛(wèi)星觀測條件較差的地區(qū)開展工程竣工測量工作時，應(yīng)有機結(jié)合其他測量技術(shù)方法的應(yīng)用，利用不同測量技術(shù)所獲取的測量數(shù)據(jù)進行檢校，以保證工程竣工測量數(shù)據(jù)的準確性。

（2）受初始化能力的制約

在工程竣工測量工作中， RTK技術(shù)的應(yīng)用還會受到設(shè)備初始化能力的制約。如在中午時段應(yīng)用RTK技術(shù)開展工程竣工測量工作時，大氣電離層對RTK測量的干擾更為明顯，RTK測量設(shè)備往往需要較長時間完成初始化。當工況條件較為惡劣時甚至難以完成初始化處理，嚴重影響了工程竣工測量工作的正常進行。因此，在應(yīng)用RTK技術(shù)進行工程竣工測量時，工作人員應(yīng)合理選擇施測時段，一般應(yīng)在每天的11：00前和15：30時后開展測量工作，這樣能夠有效減少大氣電離層對RTK測量設(shè)備運行的影響，提高測量的效率，并為工程竣工測量提供更為精確的測量數(shù)據(jù)。

（3）受周圍環(huán)境條件的影響

在工程竣工測量工作中，應(yīng)用RTK技術(shù)時，雖然RTK技術(shù)對通視條件的要求相對較低，但仍需在具有較好環(huán)境條件下才能保證測量的精度和效率。當工程項目周圍有密集高層建筑存在或者工程位于叢林以及高山等環(huán)境條件較為復(fù)雜的地區(qū)時，測點的周圍環(huán)境條件往往會受到較大的影響，衛(wèi)星信號極易被遮擋，這會導(dǎo)致在應(yīng)用RTK技術(shù)進行工程竣工測量時出現(xiàn)初始化丟失以及失鎖等問題，此時就需要重新進行初始化甚至不再具備RTK技術(shù)的應(yīng)用條件，不僅會影響工程竣工測量的效率，還應(yīng)導(dǎo)致測量精度下降。因此在觀測環(huán)境條件較差的區(qū)域應(yīng)用GPS RTK技術(shù)進行工程竣工測量時，工作人員應(yīng)盡量選擇具有較強初始化能力的RTK技術(shù)設(shè)備，并結(jié)合其他測量儀器設(shè)備和方法的綜合應(yīng)用，以保證測量的質(zhì)量和效率能夠滿足工程竣工測量要求。

（4）受數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的影響

在應(yīng)用RTK技術(shù)進行工程竣工測量工作時，其如在工程項目周邊區(qū)域存在高頻信號源、山脈以及大型構(gòu)筑物時，都會對RTK數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生較強的干擾，數(shù)據(jù)傳輸過程中的信號強度會發(fā)生明顯衰減現(xiàn)象，這會對工程竣工測量精度產(chǎn)生不利的影響。同時， RTK技術(shù)在工程竣工測量工作中還會受到測量設(shè)備作業(yè)半徑的限制，當作業(yè)半徑較大時，數(shù)據(jù)傳輸誤差也會相應(yīng)的增加。為有效控制該缺點對RTK技術(shù)在工程竣工測量工作中應(yīng)用的制約，在RTK技術(shù)的實際應(yīng)用中，工作人員應(yīng)準確掌握RTK測量設(shè)備的標定作業(yè)半徑，并根據(jù)工程竣工測量作業(yè)范圍合理進行作業(yè)段劃分，以便優(yōu)質(zhì)高效的完成工程竣工測量工作。此外，工程竣工測量工作人員也可以采取將基準站設(shè)置于測區(qū)中央地勢較高處的方式來解決RTK技術(shù)測量半徑問題，從而提高工程竣工測量的質(zhì)量和效率。

（5）受環(huán)境因素的限制

與全站儀等傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，在工程竣工測量工作中，應(yīng)用RTK技術(shù)時，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性會受到衛(wèi)星條件、測區(qū)無線傳輸能力以及大氣電離層等多種因素的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸準確性和可靠性下降，不僅會影響工程竣工測量的效率，而且還會對工程竣工測量精度產(chǎn)生不利的影響。因此在工程竣工測量工作中，應(yīng)用RTK技術(shù)時應(yīng)合理選擇水平控制點以及高程控制點位置，且應(yīng)根據(jù)實際情況適當增加控制點布設(shè)數(shù)量，從而使控制點密度加大以便對測量精度進行校核，以保證工程竣工測量數(shù)據(jù)的準確性。

（6）受設(shè)備自身的限制

在工程竣工測量工作中，應(yīng)用RTK技術(shù)時， RTK測量設(shè)備需要由大容量電池組提供其工作能力，以保證工程竣工測量工作能夠連續(xù)進行。而一些復(fù)雜工程項目位于偏遠地區(qū)，不僅竣工測量工作的強度較高，需要長時間連續(xù)進行測量，而且在電力供應(yīng)方面也難以滿足RTK設(shè)備的正常工作要求，因此RTK技術(shù)難以適應(yīng)在這些地區(qū)的工程竣工測量的實際需要，存在明顯的技術(shù)局限性。

5、技術(shù)應(yīng)用

5.1基準站設(shè)置

在應(yīng)用RTK技術(shù)開展工程竣工測量工作時，測量人員應(yīng)首先根據(jù)工程施工要求以及設(shè)計標準等全面收集測區(qū)內(nèi)已知控制點數(shù)據(jù)，并要復(fù)測控制點坐標數(shù)據(jù)，以保證RTK測量準確無誤。然后工作人員應(yīng)結(jié)合測區(qū)的實際情況選擇測區(qū)范圍內(nèi)選擇無強電磁干擾源存在，對空條件較好且不易產(chǎn)生多路徑誤差問題的控制點位置設(shè)置基準站。當基準站架設(shè)完畢，各種測量儀器設(shè)備的電纜連接就位且經(jīng)檢查確認連接可靠后，工作人員可以將所有測量儀器設(shè)備開機，并以動態(tài)測量模式來進行基準站的設(shè)置。在應(yīng)用RTK技術(shù)進行工程竣工測量時，如測點和已知控制點的距離較長，可以適當增加控制點的布設(shè)數(shù)量，但要注意控制點間距應(yīng)符合測量規(guī)范要求，并要科學確定測量精度等級。

5.2坐標系定義

工作人員應(yīng)建立一個新的工程文件，然后在該文件內(nèi)完成投影參數(shù)以及橢球參數(shù)等各項參數(shù)的設(shè)置。在該文件內(nèi)還應(yīng)包括參數(shù)設(shè)置以及測量成果等不同格式的子文件。通常工程項目在建設(shè)中采用的是獨立的地方坐標系，而在工程竣工測量中則需要轉(zhuǎn)換坐標參數(shù)。RTK技術(shù)的坐標參數(shù)轉(zhuǎn)換主要是通過外業(yè)采集控制點和內(nèi)業(yè)計算測區(qū)參數(shù)來實現(xiàn)的。例如在某工程竣工測量中應(yīng)用了RTK技術(shù)，且接收機為天寶5700型（可參見圖2所示），在其參數(shù)轉(zhuǎn)換中可以利用測量控制器完成參數(shù)的現(xiàn)場觀測和解算。

在施測時應(yīng)首先進行高程監(jiān)測點的選擇，且監(jiān)測點數(shù)量應(yīng)達到3個以上。然后工作人員應(yīng)將所有監(jiān)測點坐標輸入到RTK控制器內(nèi)，并進行逐點定位觀測，每一測回的觀測時間應(yīng)達到5min以上。在完成對測點的定位測量后，即可利用GPS RTK控制器在現(xiàn)場完成坐標轉(zhuǎn)換處理。不過這種方式會延長現(xiàn)場施測的時間。故能觀之人員也可以在完成測點的選擇后，以控制點的大地坐標為基礎(chǔ)測算其當?shù)刈鴺耍笤偻ㄟ^內(nèi)業(yè)處理方式對坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)進行進一步的解算。這種方式那個有效提高坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)計算的效率和準確性。當完成坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的計算后，工作人員可以據(jù)此檢測各控制的測量數(shù)據(jù)，以提高工程竣工測量的精度。

5.3 轉(zhuǎn)換參數(shù)求解

在應(yīng)用RTK技術(shù)進行工程竣工測量時應(yīng)注意，由于其測點坐標一般采用的是Wgs84坐標系，但是在流動站中應(yīng)將坐標現(xiàn)實為測點的實時獨立地方坐標或者國家坐標體系中的三維坐標值，因此需要對采取點校正處理措施。在點校正處理時，如坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)已知，工作人員可以利用轉(zhuǎn)換七參數(shù)直接向RTK控制器內(nèi)屬入各項參數(shù)，以完成坐標體系轉(zhuǎn)換關(guān)系的構(gòu)建。當在國家坐標體系下進行坐標轉(zhuǎn)換時，如果基準點坐標、投影方式以及橢球參數(shù)為已知，工作人員可以對坐標系統(tǒng)直接進行定期，且應(yīng)在RTK測量中適當增加點校正數(shù)量，以防止過大的投影變形對測量數(shù)據(jù)的可靠性產(chǎn)生不利的影響。當坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)未知時，為了能夠以局域坐標系等為基礎(chǔ)開展工程竣工測量工作，工作人員應(yīng)在坐標轉(zhuǎn)換中選擇點校正方法進行處理，且應(yīng)有4個以上水準點參與到高程擬合的點校正中。

5.4數(shù)據(jù)采集

在應(yīng)用RTK技術(shù)進行工程竣工測量時，工作人員在通過流動站開展單點測量時應(yīng)首先在主菜單葉面打開測量圖標，并將測量方式設(shè)定為RTK模式。在單點測量時應(yīng)確保流動站參數(shù)設(shè)置處于固定解下，之后才能開始正式施測。在測量過程中應(yīng)結(jié)合工程竣工測量的精度要求、可觀測衛(wèi)星數(shù)量等合理控制每測回的觀測時間，在完成測量后應(yīng)將觀測數(shù)據(jù)存儲在流動站系統(tǒng)內(nèi)。見圖3

5.5傾斜測量

在rtk測量時，由于受測量的環(huán)境因素、接收衛(wèi)星數(shù)及衛(wèi)星分布因素的影響，測繪時收斂時間較長，有時很難獲取固定解，給測量帶來很大困難。為改善此情況，多數(shù)廠家推出具有傾斜測繪模式的GNSS接收機，該類設(shè)備是在傳統(tǒng)GNSS接收機的基礎(chǔ)上加裝慣導(dǎo)裝置，通過測量天線的空間狀態(tài)和位置計算跟蹤桿底部的準確坐標。傾斜測量一般應(yīng)用在房屋角點的測量，測繪時首先對儀器進初始化行傾斜測量，確定儀器水平放置的狀態(tài)，同時對儀器傾斜進行確認，初始化完成后開始測繪。該方式減少了房檐及接收機無法嚴格放置在墻角帶來的測量誤差，增加了竣工測量的精度。

結(jié)語：

RTK技術(shù)的應(yīng)用能夠極大的提高測量的精度和效率，在工程竣工測量工作中具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。但是在RTK技術(shù)的實際應(yīng)用中也必須注意到其在工程竣工測量中仍存在一些不足之處，限制了RTK技術(shù)在工程竣工測量工程中的進一步推廣應(yīng)用。因此，工程竣工測量工作人員應(yīng)加強對RTK技術(shù)的研究，不斷總結(jié)實踐經(jīng)驗，以充分發(fā)揮RTK技術(shù)優(yōu)點，并采取有效的應(yīng)對措施以減少RTK技術(shù)缺點對工程竣工測量的影響，從而推動我國工程竣工測量工作的現(xiàn)代化發(fā)展。

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