RTK測量技術的探討

鄭乃發

摘要:RTK技術,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。文章闡述了RTK的含義、系統的組成以及其在測量領域內的應用,并結合實際舉例其在城市測量中的應用。

關鍵詞:RTK;GPS;城市測量

引言

隨著全球定位系統(GPS)技術的快速發展,RTK(RealTimeKinematic)測量技術也日益成熟,RTK測量技術逐步在測繪中得到應用。RTK測量技術因其精度高、實時性和高效性,使得其在城市測繪中的應用越來越廣。

1 RTK技術概述

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。

實時動態定位如采用快速靜態測量模式,在15km范圍內,其定位精度可達1～2cm,可用于城市的控制測量。

RTK測量系統的開發成功,為GPS測量工作的可靠性和高效率提供了保障,這對GPS測量技術的發展和普及,具有重要的現實意義。

2 RTK技術的應用

2.1 控制測量為滿足城市建成區和規劃區測繪的需要,城市控制網具有控制面積大、精度高、使用頻繁等特點,城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級導線大多位于地面,隨著城市建設的飛速發展,這些點常被破壞,影響了工程測量的進度,如何快速精確地提供控制點,直接影響工作的效率。常規控制測量如導線測量,要求點間通視,費工費時,且精度不均勻。GPS靜態測量,點間不需通視且精度高,但需事后進行數據處理,不能實時知道定位結果,如內業發現精度不符合要求則必須返工。應用RTK技術將無論是在作業精度,還是作業效率上都具有明顯的優勢。

2.2 像控點測量像控點測量是航空攝影測量外業主要工作之一,傳統的方法要布設大量的導線來測量部分平高點,內業再空三加密。采用RTK技術測量,只需在測區內或測區附近的高等級控制點架設基準站,(若測區內或測區附近無高等級控制點,可先加密),流動站直接測量各像控點的平面坐標和高程,對不易設站的像控點,可采用手簿提供的交會法等間接的方法測量。像控點的精度要求對于RTK測量來說是不難達到的。與傳統作業相比較,它不需要逐級布設控制點;與靜態GPS測量相比,縮短了作業時間,因而大大提高了作業效率,功效至少提高3～5倍。

2.3 線路中線定線RTK測量技術用于市政道路中線或電力線中線放樣,放樣工作一人也可完成。將線路參數如線路起終點坐標、曲線轉角、半徑等輸入RTK的外業控制器,即可放樣。放樣方法靈活,即能按樁號也可按坐標放樣,并可以隨時互換。放樣時屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位,便于前后左右移動,直到誤差小于設定的為止。

2.4 建筑物規劃放線建筑物規劃放線,放線點既要滿足城市規劃條件的要求,又要滿足建筑物本身的幾何關系,放樣精度要求較高。使用RTK進行建筑物放樣時需要注意檢查建筑物本身的幾何關系,對于短邊,其相對關系較難滿足。在放樣的同時,需要注意的是測量點位的收斂精度,如果點位收斂精度不高的情況下,強制測量則有可能帶來較大的點位誤差。在點位精度收斂高的情況下,用RTK進行規劃放線一般能滿足要求。

2.5 用地測量在建設用地勘測定界測量中,RTK技術可實時地測定界址點坐標,確定土地使用界限范圍,計算用地面積,在土地分類及權屬調查時,應用RTK技術可實時測量權屬界限、土地分類修測,提高了測量速度和精度。

2.6 其他方面測量RTK技術還可用于地形測量、水域測量、管線測量、房產測量等方面。用RTK測圖,可不用布設圖根控制,僅依據少量的基準點,即可直接測定地形地物點坐標,如果用專業測圖軟件,通過電子手簿記錄即可實現數字化測圖。在水下地形測量是,RTK能自動導航和按距離或時間間隔自動采點,只要將天線高量至水面,加水深改正后,即可高精度的實時測定水下地形點的三維坐標,由專業軟件成圖。

3 GPSRTK在城市測量中的應用實例分析

下面以某城區地籍測量工程中GPSRTK測量技術的應用為例,闡述該技術的應用情況。該城區為工業區和居民生活區,城市建構筑物密集,交通繁忙,無線電信號復雜,街道兩旁樹木密集。本次需測量的宗地地塊遍布整個城區,總測量面積約20km2,分布區域近45km2,權屬關系復雜,用地種類較多,宗地數目多,權屬界址點數量大,采用常規測量手段施測十分困難,很難在短時間內完成所有宗地的權屬界址點測量工作,以滿足宗地權屬單位對地籍測量工作的要求。采用GPSRTK測量技術作為本測區宗地權屬界址點坐標的實測技術手段,在充分調研論證并通過試驗檢測認證的基礎上全面實施,取得了比較好的效果。

其作業過程如下:選取精度高、可靠性好的城市基本控制網點作為RTK測量的工作基準在試用試驗階段,針對所選用的GPS儀器,得出了該城區流動站在作用距離為4km范圍內,能高質量、清晰地接收基準站發出的數據。以此為參考數據,選定了分布于該城區的城市D級GPS三維控制網點7點,組成本次地籍測量工作的基準框架網,并利用7個控制點的WGS-84坐標系和1954年北京坐標系成果計算出用于GPSRTK測量的7個坐標轉換參數。

GPSRTK定位精度試驗:選取1個GPSRTK測量基準網點,架設RTK基準站,流動站在離基準站4km范圍內,有目的地施測了城市5級控制點、E級GPS控制點和宗地權屬界址點共計19個點,并采用靜態GPS測量技術、全站儀測量技術測量宗地權屬界址點坐標,將這些測量結果、已知成果與RTK測量結果相比較。

RTK定位精度評價:RTK測量結果與其他測量技術獲取的測量結果互差均在厘米級,其中互差最大為1.8cm,最小為0.3cm,平均為1.12cm.可以認為GPSRTK測量結果的點位精度達到厘米級,而且各點位之間不存在誤差累積,克服了傳統測量技術的弊病,完全能滿足城鎮地籍測量對權屬界址點的測量精度要求。

采用GPSRTK測量技術施測界址點坐標在檢測試驗取得成功的基礎上,以RTK基準框架網點為基礎,分別架設GPS基準站,使用1+2工作模式,用兩套GPSRTK接收機作為流動站進行測量。

由于所用GPSRTK系統的發射電臺只有4W,十分省電,電,中途不需更換電池,就可使用1天,十分方便;流動站在第1次測量時,在一已知點上作RTK測量,其測量結果與已知點進行比較,從而檢查RTK系統是否工作正常及基準站坐標輸入是否正確;最后,將GPS獲得的數據處理后直接錄入計算機,可及時地精確地獲得界址點圖形信息,準確地制作宗地圖、地籍圖,計算宗地面積等。

4 總結

RTK在控制測量以及施工放樣中有著廣泛的運用,比傳統的測量儀器的測量,它有著省時省工且精度高等特點,但其在碎部測量中的應用還是有一定的限制。在進行測量時,主要注意事項是基準站選擇要在比較中心、位置空曠開闊的至高點上,且周圍無磁場的影響,這樣流動站接收的信號好。并把觀測成果與首級控制成果進行整體平差,這樣動態觀測經平差后的精度就較高。