基于RTK技術的城市工程測量研究

楊維林

(天津市勘察院測量公司，天津300191)

基于RTK技術的城市工程測量研究

楊維林

(天津市勘察院測量公司，天津300191)

以RTK技術在城市工程測量中的應用為研究對象，從RTK技術在城市工程放樣測量、地形測量及控制測量三個方面對這一問題進行探討。

RTK技術;工程測量;控制測量;地形測量

GPS問世以來，作為測量和空間定位新技術，已廣泛應用于陸海空領域的定位、導航和測量，在大地測量及工程測量應用領域中產生了前所未有的變革。隨著GPS技術的不斷發展，其應用已遍及各種測量領域，特別是GPS實時動態差分RTK技術的迅速發展和完善在常規測量領域里得到了越來越廣泛的應用。

一、測量的誤差源及局限性

1)GPS誤差源。GPS測量中出現的各種誤差按其來源大致分為三類:① 與衛星有關的誤差:主要包括衛星星歷誤差、衛星鐘的誤差、地球自轉的影響和相對論效應的影響等;② 信號傳播誤差:主要為電離層影響、對流層影響、多路徑效應的影響等;③觀測設備和接收設備即儀器誤差的影響也很大。通常可通過采用適當的方法減弱或消除上述誤差的影響。

2)RTK的誤差源:①基準站點位精度的影響;②模糊度解算誤差;③動態基線解算誤差;④坐標系統轉換誤差;⑤天線對中等人為產生的誤差。其中②、③項的解算，程序已被編入主機，其誤差已得到了控制，坐標系統轉換誤差在于如何解算坐標轉換參數。因此，外業過程中特別注意氣泡居中等操作要求，以減少偶然誤差，消除人為誤差，提高精度。

3)局限性:① 在樹木茂密及城市高樓地區，GPS信號受到遮擋，無法作業;② 數據鏈受發射功率及地形障礙物阻擋影響，致使RTK作用距離有限，一般丘陵地區，城區為5 km;③數據鏈容易受到干擾，距房屋、樹木較近處信號接收較難。在稍有樹木遮擋的地方需幾十分鐘才能測定坐標。

二、RTK在測量工作中的應用

1.用于工程放樣測量

一般作業方法是:首先確定控制點及其坐標系、坐標轉換參數的求解方法。把放樣點的坐標或線及樁號成批地存入掌上電腦RTK手簿中。選擇地勢高、無干擾、寬闊的已知點架設基準站，設置好基準站，使接收機至少能收到5顆以上衛星，數據鏈發射正常，測量人員設置好流動站，在快速初始化完成后可以開始作業。從RTK手簿中讀取當前測量點距放樣點或線的縱橫坐標差Dx、Dy、S以及方位，并以圖形方式顯示出來，同時顯示測量的點位精度水平，當精度水平達到期望值時可結束該點的放樣，操作起來比較直觀、方便。采用RTK放樣，單人就可以作業，工作效率很高。同時，作業時不必布測常規的導線，節省了大量的人力，在道路條件差的地方相當方便。如在某廠區的道路放樁中，該地區灌木、小葉樹密度高，如果用全站儀放樁，必須花費大量的人力去砍樹開路以便通視，并且還需要布置導線，采用RTK方法能夠省去這些艱難的工作，常規方法需要10天的工作，使用該方法約2天即可完成。高程測量方面，GPS測量的高程誤差與常規水準不同。它主要取決于擬合面與大地水準面的符合程度。實踐已經證明了GPS進行高程控制測量的可行性。為提高高程精度，可采用適當控制流動站與基準站的距離，以及選擇合適的高程擬合方法，在小范圍及地形起伏不大的地區，一般可獲得優于±0.1 m的精度水平。

2.RTK技術用于定位測量

RTK技術定位有動態定位和快速靜態定位兩種測量模式。兩種定位模式相結合，在公路工程中的應用中可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監理和GIS前端數據采集。

1)動態定位測量前需要在一個控制點上靜態觀測數分鐘(有的儀器只需2～10 s)以進行初始化工作，之后流動站就可以按預定的采樣間隔自動進行觀測，并連同基準站的同步觀測數據，實時確定采樣點的空間位置。目前，其定位精度可以達到厘米級。動態定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應用前景，可以完成地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面地面線測量等工作。測量2～4 s，精度就可以達到±(1～3)cm，且整個測量過程不需通視，有著常規測量儀器(如全站儀)不可比擬的優點。

2)快速靜態定位模式要求GPS接收機在每一流動站上，靜止地進行觀測。在觀測過程中，同時接收基準站和衛星的同步觀測數據，實時解算整周未知數和用戶站的三維坐標，如果解算結果的變化趨于穩定，且其精度已滿足設計要求，便可以結束實時觀測。一般應用在控制測量中，如控制網加密;若采用常規測量方法(如全站儀測量)，受客觀因素影響較大，在自然條件比較惡劣的地區實施比較困難，而采用RTK快速靜態測量，可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5～10 min(隨著技術的不斷發展，定位時間還會縮短)，不及靜態測量所需時間的1/5，在公路測量中可以代替全站儀完成導線測量等控制點加密工作。

3.RTK用于控制測量

由于RTK測量在20 km內點位平面標稱精度為±3 cm，根據控制測量規范要求Ⅰ級導線點的點位誤差為±5 cm，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，我們對距離基準站1～6 km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3.1 cm，高程最大差值為4.9 cm，完全符合Ⅰ級導線點的規范精度要求。某工程1∶1 000數字地形圖測繪任務，測區長約7 km，寬0.7 km，面積約5 km2。整個測區采用Ashtech Z-X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 Mx為 ±4.0 cm，My為 ±3.9 cm，并聯測了四等水準高程。為了進一步檢核Ashtech Z-X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，基準站布設在測區中間。GPS測量坐標值與靜態聯測法坐標值的較差X坐標中誤差為±3.1 cm，Y坐標中誤差為 ±2.3 cm，H高程中誤差為 ±5.0 cm，結果完全可滿足Ⅰ級導線點(5點以下)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級導線甚至更高精度的控制測量，其采集數據的方法、數量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，確保測量的準確性。

三、應用RTK作業應注意的問題

1)GPS作業時由于每個測點都是獨立的觀測量，缺乏相關聯的檢核手段，因此，在作業前后，在測區內找均勻分布的已知控制點進行檢核，是目前較好的檢核手段。

2)坐標轉換方法，如控制聯測法、單點法等所測量的點位精度不同，作業時應依據任務要求、測區大小使用不同的方法。

3)RTK采用VHF超高頻無線電波作數據鏈，容易受到電信發射塔、無線電臺、高壓電等干擾以及地形起伏條件的影響。因此，基準站應盡可能遠離干擾源，并位于地勢高處。

4)RTK系統測量時儀器的連線電纜配件較多，特別是基準站發射電臺的鞭狀天線價格昂貴且目前國內沒有替代產品，因此注意保護儀器、防止人為丟失及損壞而影響工作正常進行也是值得注意的問題。

四、結束語

RTK實時動態測量技術是繼GPS全球定位技術之后，測量領域的又一次技術革命。它改變了傳統的測量模式，能夠實時提供厘米級定位精度，能夠在不通視的條件下遠距離傳輸三維坐標。應用于城市測量中，RTK能夠快速準確地布設控制點，彌補由于城市日星月異的發展所造成低等級導線點毀壞的損失，減輕由于城市高速發展而給測繪人員造成的時間壓力。RTK測量需要的測量人員少，作業時間短，工作效率高，并且RTK測量成果都是獨立觀測值，不會像常規測量那樣造成誤差積累。當然，RTK技術快速、靈活的作業方式有賴于足夠的衛星數、穩健的數據鏈、較小的多路徑效應等外界條件，在城市環境下更顯得突出，有時會出現無法正常作業的情況，這就需要不斷完善RTK技術，探討先進的作業方式。隨著RTK技術的日趨成熟，它必將會更好地服務于城市測量。

［1］周忠漠，易杰軍，周琪.GPS衛星測量原理與應用［M］.北京:測繪出版社，1997.

［2］徐紹銓.GPS測量原理及應用［M］.修訂版.武漢:武漢大學出版社，2000.

［3］沈學標.工程測量專業發展的探討［J］.現代測繪，1996(4):37-38.

On Urban Engineering Survey Based on Real-time Kinematic Technique

YANG Weilin

0494-0911(2010)11-0036-02

P258

B

2010-03-05

楊維林(1977—)，男，貴州安順人，工程師，主要從事城市工程測量工作。