基于RTK的某項目工程測量技術(shù)研究

曹斌

摘 要：該文基于筆者工程測量的相關(guān)工作經(jīng)驗，以筆者曾經(jīng)參與的測量項目為研究背景，探討了基于RTK+全站儀的測量技術(shù)。該文首先分析了RTK的技術(shù)原理，探討了RTK結(jié)合全站儀的工作流程，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合具體案例進行了詳細分析，結(jié)果表明，“RTK+全站儀”模式測量精度高、點位精度分布均勻，且不受天氣影響。

關(guān)鍵詞：工程測量 RTK 全站儀 精度

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（c）-0077-02

隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展，人們對快速高精度位置信息的需求也日益強烈。而目前使用最為廣泛的快速高精度定位技術(shù)就是RTK，RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于使用了GPS的載波相位觀測量，并利用了參考站和移動站之間觀測誤差的空間相關(guān)性，通過差分的方式除去移動站觀測數(shù)據(jù)中的大部分誤差，從而實現(xiàn)高精度（分米甚至厘米級）的定位。它的出現(xiàn)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(yè)作業(yè)效率。

1 RTK概論

1.1 RTK的工作原理

RTK是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的厘米級精度的三維定位結(jié)果。RTK定位測量通常是由一個基準站和一個或多個流動站組成，接收機之間建立實時數(shù)據(jù)通訊。開始作業(yè)時，流動站首先依次在2個或2個以上已知點上進行測量，通過實時數(shù)據(jù)傳輸，和基準站觀測數(shù)據(jù)進行差分處理，得到流動站與基準站之間的高精度GPS基線向量。同時，利用已知點之間GPS基線向量（間接基線）及已知坐標數(shù)據(jù)，求得GPS三維基線向量轉(zhuǎn)換到當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)三維基線向量的轉(zhuǎn)換參數(shù)，及基準點的當?shù)刈鴺耍@個過程稱為初始化，初始化完成后即可開始測量。流動站到待測點上，通過與基準站觀測數(shù)據(jù)的實時差分處理，求得基準站到流動站的高精度的當?shù)刈鴺讼到y(tǒng)三維坐標差。

1.2 RTK測量系統(tǒng)的組成

RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。其基本組成至少需要一個基準站和一個流動站。

2 “RTK+全站儀”測量模式研究

利用“RTK+全站儀”測量模式在野外進行數(shù)字化測圖的基本作業(yè)流程如圖1所示。

3 實例分析

該測區(qū)面積約0.98 km2，測區(qū)內(nèi)標高最高+26 m，最低-61 m，高差較大，且測區(qū)范圍內(nèi)有大型機械、礦車等設(shè)備作業(yè)，因此不適合采用常規(guī)全站儀測量。

分析研究表明，宜采用“RTK+全站儀”模式進行測量，相關(guān)測量設(shè)備為靜態(tài)GPSLeciaSR510 3臺，RTK為LeciaGS151+2臺，全站儀為LeciaTS021臺。

3.1 建立基本控制網(wǎng)

由于測區(qū)北部為灌木叢，樹高10～20 m，東北部作為臨時排土區(qū)，西部則用采場巖土堆積采場隔離堤，測區(qū)內(nèi)有大型機械作業(yè)，致使測圖控制點常被破壞。為此，在測區(qū)西北部和南部布設(shè)了4個靜態(tài)GPS點，作為測區(qū)的基本控制點，采用靜態(tài)GPS觀測。測量方法采用快速靜態(tài)相對定位模式，網(wǎng)形的連接采用邊連接，GPS接收機采用3臺LeciaSR510，按照E級控制網(wǎng)的技術(shù)標準和規(guī)范要求，進行布點及觀測。對觀測的外業(yè)GPS數(shù)據(jù)，利用Leica內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，對GPS控制網(wǎng)進行基線解算、無約束平差、引入已知坐標約束平差等工作，求解出控制點坐標。為使測量成果與南山礦的坐標系一致，在控制測量時聯(lián)測了3個礦內(nèi)高等級控制點。經(jīng)數(shù)據(jù)處理，計算出4個控制點的坐標。

3.2 利用GPSRTK測量圖根控制點

（1）基準站點選擇。

由于基準站是架設(shè)于已知的控制點上，因此在選擇基準站時，除須遵循GPS控制點的基本選擇原則外，還須注意的事項為：①點位應(yīng)選擇在位置較高、視野開闊的地區(qū)，有利于差分信號的傳播，有效避免信號被干擾；②選擇在交通便利的地區(qū)，宜為汽車可直接到達的地區(qū)，便于搬移儀器；③基準站位置合理，由于RTK電臺發(fā)射信號的半徑一般為5～8 km，若測區(qū)范圍過大，應(yīng)考慮差分信號的覆蓋及定位精度。

（2）測量圖根控制點。

在選擇的基準站點上架設(shè)GPS接收天線，按照相關(guān)的操作流程，進行對中、整平、量取天線高、連接儀器等，設(shè)置基準站參數(shù)和輸入控制點坐標，利用已知的控制點求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。在合適的位置選擇圖根控制點，訂上木樁，將GPSRTK流動站置于該圖根點上，待GPS整周模糊度固定后開始RTK“點測量”模式，測量時間一般為60 s，將測量結(jié)果直接保存至手簿中。測量時需注意GPS整周模糊度是否固定、能否接收到基準站的RTK差分信號以及天線類型和天線高是否正確等。

3.3 利用GPSRTK與全站儀組合測量碎部點

（1）全站儀測量碎部點。

在利用GPSRTK測量的圖根控制點上架設(shè)全站儀，建立任務(wù)，按照設(shè)站、后視定向、碎部點測量、繪制草圖等操作流程，完成野外碎部測量工作。一般一個全站儀作業(yè)小組需配置1名測量員，1名繪圖員和2～3名跑鏡員。

（2）利用GPSRTK測量碎部點。

在地勢開闊地區(qū)或全站儀視線阻擋地區(qū)，可利用RTK的“點模式”或“線模式”測量碎部點。在基準站上安置1臺GPS接收機，按照GPS基準站架設(shè)操作流程，完成基準站的安置，另外1臺或多臺GPS接收機作為流動站，進行待測碎部點觀測。測量模式根據(jù)現(xiàn)場地形、地物情況，可采用“點模式”或者“線模式”。方法為：1名測量人員在地形特征點上立測桿，設(shè)置測量模式，輸入點號，點擊“開始測量”和“停止測量”等步驟，將測量數(shù)據(jù)保存至RTK手簿中，對一些地形地貌并不復(fù)雜的測量區(qū)域，繪制草圖的過程可省略，以便提高測量效率。

3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理成圖及實地檢查

（1）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及成圖。

將采集的外業(yè)數(shù)據(jù)及時傳輸至計算機，經(jīng)處理的數(shù)據(jù)（主要是剔除含粗差的觀測數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換成南方CASS7.0展點格式，并進行展點，結(jié)合外業(yè)繪制的草圖進行編輯成圖，地形圖比例尺為1∶1 000，平面為1954年北京坐標系。測量范圍由委托方提供，圖名為“鐵礦驗收地形圖”。

（2）測量成果實地檢查。

將編輯完畢的成果圖攜帶至測量現(xiàn)場進行檢查，以便發(fā)現(xiàn)有無漏測的區(qū)域和地物，特別是一些特殊地物（如電力線的連接關(guān)系），如需進行補測，須將補測數(shù)據(jù)和圖形分別另存為一個新文件，并對地形圖進行修改和補繪。

4 結(jié)語

（1）“RTK+全站儀”測量模式可顯著提高工作效率、減輕勞動強度，并且作業(yè)靈活。在地勢開闊的地段，可用RTK作業(yè)模式測量碎部點，一般地形、地物點僅需3～5 s便獲得精度較高的三維坐標；而在通視效果不佳、地形條件復(fù)雜的地段，可首先用RTK給定圖根點位，然后利用全站儀采集數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)優(yōu)勢互補，大幅度提高作業(yè)效率。（2）“RTK+全站儀”模式測量精度高，點位精度分布均勻。RTK測量精度可達到厘米精度，滿足地形測量要求。同時，每個點的誤差隨機產(chǎn)生，不產(chǎn)生積累，成果較可靠。（3）“RTK+全站儀”測量模式不受天氣影響，可全天候作業(yè)，基本不受大霧、能見度等天氣的影響，可全天候作業(yè)，特別是在霧霾越來越嚴重的地區(qū)，其實用性更強，可更好地適應(yīng)數(shù)字化成圖的需要。

參考文獻

[1] 潘純建，蔣亞軍，張國權(quán)，等.RTK技術(shù)在圖根控制測量中的應(yīng)用[J].地礦測繪，2007，23（1）：30-32.

[2] 周曉華，李永興，吳根姣，等.RTK技術(shù)在控制測量中的應(yīng)用探討[J].測繪通報，2007（7）：44-45.