RTK技術在工程測量應用中的精度探討

1、中交第一航務工程勘察設計院有限公司 天津 300222；

2、嘉興市南湖區金陽光測繪有限公司 浙江嘉興 314051

摘要：本文主要分析了如何提高RTK技術在工程測量應用中的精度，并以工程實例進行了詳細的闡述，進而提高測量精度，增強工程質量。

關鍵詞：工程測量；RTK技術；測量精度

1、前言

GPS就是全球定位系統，它是隨著現代科學技術的迅速發展而建立起來的新一代緊密衛星導航定位系統。GPS衛星定位測量是研究利用GPS系統解決大地測量問題的一項空間技術。隨著全球定位系統（GPS）技術的快速發展，RTK測量技術也日益成熟，RTK測量技術逐步在測繪中得到應用。通過RTK技術能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態實時差分方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。

2、RTK概論

2.1 RTK原理及作業方法

RTK技術是建立在實時處理兩個測站的載波相位觀測值基礎上的，基準站通過無線電臺或移動衛星通信GSM實時將采集的載波相位觀測值、偽距觀測值及測站坐標等信息發送給流動站。流動站一方面接收GPS衛星的載波相位，一方面接收來自基準站的信息，并組成相位差分觀測值進行實時處理，得到基準站和流動站基線向量.基準站坐標加上基線向量就得到流動站點WGS84坐標.通過坐標轉換參數轉換得出流動站點的大地坐標（X，Y，H）。GPS RTK能夠實時地給出厘米級的定位結果。

其作業方法是在已知點上設置GPS接收機一臺（即基準站），正確輸入坐標、轉換參數等數據，啟動基準站。一至多臺GPS接收機在若干個持測點上設置（即流動站），正確輸入和基準站一樣的轉換參數等數據，開始RTK測量，接收到來自基準站的數據后，流動站自動求解整周模糊度（即初始化）。初始化成功后，可實時求解出厘米級的流動站的位置。

2.2 GPS RTK測量的特點

①測量精度高。GPS RTK觀測的精度明顯高于一般常規測量，具有沒有誤差累積的優點。只要滿足RTK的基本條件，在一定的作業半徑范圍內（一般為10KM），RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。RTK技術當前的測量精度：平面10mm+2ppm；高程20mm+2ppm。②測站間無需通視。GPS-RTK測量只要求滿足“電磁波通視”，不需要測站間相互通視，用戶根據實際需要確定點位，使得選點工作更加靈活方便。③觀測時間短。隨著GPS RTK測量技術的不斷完善，軟件的不斷更新，GPS RTK定位僅需幾秒鐘。④儀器操作簡便。目前GPS-RTK接收機自動化程度越來越高，操作智能化。觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設定參數，接收機即可進行自動觀測和記錄。⑤全天候作業。GPS RTK衛星數目多，且分布均勻，不受天氣狀況的影響，一般可以適時觀測。⑥提供三維坐標。GPS RTK測量可同時精確測定測站點的三維坐標。

3、RTK測量實例

測區內及周圍有已施測的四等GPS控制點，測區內地勢起伏不大，天空開闊，除個別地方外對RTK作業無大的影響。基準站設置在測區中部，地勢較高的地方，符合基準站架設條件，距已知點的距離在2～3km之間。RTK測量精度分析如下：

3.1 D級GPS控制網與RTK測量坐標比較

為了檢驗RTK測量的平面精度，對10個己知點（D級GPS控制網）進行了觀測。觀測結果見表1。由表1知，點位最大誤差為32mm，最小誤差為13.5mm，按雙觀測值之差計算點位中誤差：

表1 D級GPS控制網與RTK測量坐標比較

點名X較差（mm）Y較差（mm）點位誤差（mm）

D18.214.6±15.7

D213.29.5±16.3

D311.57.0±13.5

D411.910.9±15.1

D5-9.012.0±15.0

D6-19.011.0±22.0

D714.0-14.0±19.8

D811.0-10.0±14.9

D9-16.023.0±27.5

D10-20.025.0±32.0

3.2 高程檢驗

為了檢驗GPS RTK的高程是否滿足精度要求.在礦區內選取一些有代表性點進行了四等水準測量.然后與RTK高程進行比較.其比較結果見表2。

表2 RTK高程與水準高程的比較

點號RTK高程（m）水準高程（m）差值（mm）點號RTK高程（m）水準高程（m）差值（mm）

T445.4155.39619T555.1435.12617

T366.8746.85222T375.2095.18920

T495.1935.21320T415.4475.46821

T535.4975.47819T334.3514.36716

T385.2245.23612T426.2546.23816

T394.9924.96230T515.5775.55819

T526.3446.32123T435.6295.65930

由表2知，高程最大較差為△Hmax=30mm，平均較差為△H=20mm，以四等水準值為高程真值，按雙觀測值之差求高程中誤差：

從上表來看，RTK測量既可以實時提供點位坐標和高程，又可實時知道測量點位精度，能夠較大地提高工作效率。這說明RTK技術能滿足《城市測量規范》中最弱點的點位中誤差（相對于起算點）不大于±50mm的要求。如果四等水準網高程中誤差取±20mm，RTK高程測量的中誤差采用其預設精度±20mm，則利用誤差傳播定律可以得到高程較差理論中誤差為±28mm，高程較差允許誤差為±56mm。可見求得的高程較差中誤差小于高程較差理論中誤差，完全能夠滿足測量的需要。測量成果是可靠的。

4、提高GPS-RTK技術精度的對策

4.1 如果基準站的坐標精度低，則所得到的3維坐標精度也低，因此在實際工作中應該選擇D級以上精度的已知點作為基準站。

4.2 坐標參數的選擇對所測成果的精度影響很大。GPS采用WGS-84坐標系，而且全部計算都在此坐標系內進行，處理后的首批結果是WGS一84坐標。但是用戶需要的是國家格網坐標或地方坐標，如北京54平面坐標、西安80平面坐標、某地城市坐標，為此必須將WGS-84坐標轉換為北京54平面坐標或西安80平面坐標或當地坐標，然后再將其投影到高斯平面上。因此坐標轉換精度也是一個相當重要的問題，實際工作中選擇用已知公共點求轉換參數，它的精度不僅與所選點的位置和數量有關，還與所選點的坐標精度密切相關，因此在選擇公共點時應該對測區范圍內的已知點進行篩選。

4.3 基準站應選擇在地域寬闊、盡量遠離無線電干擾源、大面積水域等的地方。

4.4 GPS系統本身的影響因素包括GPS衛星星數、衛星圖形、大氣狀況等。為此應做好星歷預報工作，衛星條件不好時，作些輔助工作（基站轉移等）。

4.5 嚴格規范操作，減少人為因素對測量精度影響。RTK實踐證明，觀測者的專業水平和經驗對成果的精度和可靠性影響很大，例如：對中誤差、測量天線高或輸入基準站坐標的任何誤差，都將影響測出的全部坐標。觀測者必須垂直握住測桿，使其位于測點的鉛垂線上，建議流動站采用三腳架基座對中整平。觀測者也應認真檢校RTK設備，三腳基座和流動站測桿上的水準器必須檢查校正，以免除任何系統誤差對觀測值的影響。

4.6 為了消除偶然噪聲，提高RTK測量的精度和可靠性，增加觀測的歷元數并進行重復測量也是必要的。

4.7 如果要采用RTK高程就必須做到：①求轉換參數時在測區外圍要有一定數量的控制點并聯測四等水準高程，所選公共點不要離測區太遠，并均勻分布在測區；②要在不同時段（或不同基站）分別觀測，以檢測其測量粗差，并進行一定數量的已知點檢驗。

5、結論

總之，GPS RTK技術具有定位精度高，可以達到厘米級精度，且不累計傳點誤差，觀測時間短并可實時提供3維坐標，操作簡單方便，同時減輕勞動強度等特點，在測量中可廣泛應用。