RTK在道路測量中的操作及應用研究

衛耀平

(中交一公局海外事業部，北京 030024)

0 引 言

道路的測量工作是一項漫長的工作，在方案階段要經歷初測與定測階段，在實施階段則要經歷施工測量以及竣工測量階段。傳統測量方法要進行導線測量、高程測量以及水準測量，最后還要開展縱斷面及橫斷面的繪制工作。采用全站儀及測圖軟件進行測量，需要在測站上對每個地物地貌的碎部點進行測定，而且還必須確保測站與這些碎部點可以通視，且每臺儀器需要3～4個人來配合操作，當進行數據處理時一點拼圖的精度不足，還必須進行返測[1]。常規的測量方法受到作業條件的限制很大，而且工作強度大、工作效率低。利用實時差分定位(real-time kinematic,RTK)測量技術進行道路測量時，可以略去控制網布設工作，在確保高精確度的同時，還兼具有實時性與高效性，只要能夠保持4～5顆以上衛星相對觀測值的跟蹤，就能夠得到很好的測量結果?；谄涮攸c與優勢，RTK測量技術在道路測量中的應用越來越廣泛[2]。

1 RTK測量技術簡介

1.1 RTK系統的組成

RTK是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，是一種可全天候、全方位進行測量工作的新型系統，是能夠實時準確的確定近距離待測點位置的最佳方式之一。其主要由三大部分組成，即基準站接收機、數據鏈以及移動站接收機。通過已數據鏈為載體，將基準站的相位觀測數據和坐標信息發送給動態用戶，動態用戶將基準站的數據和自己采集到的相位觀測數據進行實時差分處理，進而得到其自身的實時三維位置。

1.2 RTK技術的工作原理

RTK測量技術是一種高效的定位技術，是建立在載波相位測量和數據傳輸技術基礎之上的一種以載波相位測量為依據的實時差分GPS測量技術。利用2臺以上的GPS接收機，即基準站與移動站同時接收衛星信號，其中基準站根據其準確的坐標計算出其與衛星之間的距離并將這個數據傳送給移動站，移動站則根據這個數據來對其自身的位置進行測量計算，如圖1所示。以此可得到指定坐標系的三維定位結果，能夠達到厘米級精度[3]。根據計算方法的不同可將RTK技術分為修正法與差分法兩種，其中修正法是通過基準站將載波相位的修正值傳輸給移動站，改正其接收到的載波相位再對三維坐標進行計算求解；差分法是基準站直接將載波相位傳輸給移動站，移動站接收到信號之后進行求差解算三維坐標。RTK的關鍵技術是確保數據傳輸的可靠性以及抗干擾性。

圖1 RTK工作原理示意圖

1.3 RTK技術的優勢

相比于傳統的測量方法，RTK具有以下幾方面的技術優勢：

(1)操作簡單、易于使用。所采用的儀器具備中文菜單，操作簡單，具有很強的數據輸入、輸出以及存儲能力，且能夠與計算機及其他儀器之間進行通信。

(2)具有高度的自動化、集成化。能夠進行多種內外業測量工作，自動化程度高，移動站不需要人工干預，通過系統軟件的控制來進行測繪，消除人工測量的誤差，提高測量精度。

(3)可全天候進行作業。由于基準站與移動站之間是通過數據傳輸來進行測量工作，不需要光學通視，不會受到氣候與能見度的影響。

(4)測量精度高。在任何地區只要符合工作條件都能夠快捷的完成高精度的定位測量工作，且精度能夠達到厘米級。

(5)工作效率高。只需要將基準站設置好，通過移動站就能夠快速的完成作業半徑區域內的測量工作，不需要頻繁的設站，還可減少控制點的數量，降低工作強度，提高工作效率。

RTK測量與全站儀測量的應用優劣對比結果見表1。

表1 RTK和全站儀在測量中的優劣對比

1.4 RTK技術的誤差來源

導致RTK測量產生誤差的原因主要來自兩個方面：即因信號干擾、氣象因素等產生的干擾因素，干擾因素導致的誤差可以通過各種校正方法進行削弱；還有因為距離因素產生的誤差，距離因素導致的誤差會隨著基準站與接收站之間距離的增加而變大，導致了RTK的有效作業半徑受到限制，這種誤差可通過多基準站技術來進行削弱。

1.5 RTK技術的局限性

RTK技術的局限性不是其自身導致的，而是源于GPS系統。衛星發射的無線信號的頻率很高，但是信號弱，當衛星與移動站之間有障礙物阻攔時，導致無線信號不能穿透，影響移動站的信號接收效果。事實上，衛星與移動站之間存在的任何物體都會對信號接收產生影響，如房屋甚至會完全屏蔽無線信號，導致移動站接收不到，因此在特殊的區域內RTK測量是不能夠使用的，如室內、隧道以及水下。而有的物體會阻擋部分無線信號或者是對其造成反射或者折射，導致移動站接收到的信號弱，影響精度。如在樹木茂盛的地區，無線信號會特別弱，導致定位困難，或者是只能計算出大概位置，無法達到厘米級的精度要求。通常情況下，只要能夠接收到5顆衛星的信號，就可以進行精確可靠的定位測量。

受其自身局限性的的限制，在進行RTK測量時選點要注意以下事項：

(1)點位應設置在易于安裝設備、視野開闊的地方，如山頂或者高層建筑物的樓頂。

(2)點位要遠離大功率無線信號發射器200 m以上，如信號塔等設施，需要注意的是為了防止強電干擾，點位要距離高壓電線50 m以上。

(3)點位附近不能有大面積的水域或者強干擾物體。

2 RTK技術在道路測量中的應用

2.1 測量前的準備工作

2.1.1 內業數據準備

在進行測量工作之前，提前根據外業工作的需求在外業坐標庫中將要素資料數據進行輸入操作，包括終點坐標、起點坐標以及折點坐標等。在直線段，每隔20 m放一個點，曲線段則每隔10 m放一個點，必要時可提高放點的密度。在加入點時要考慮到外業測量的可操作性，以方便外業調用，提高工作效率。

2.1.2 基準站選定

基準站的選定要考慮以下幾點需求：

(1)滿足GPS靜態觀測條件。

(2)設置在道路中線放樣資料范圍以內，且地勢較高的制高點上。

(3)周邊無磁場的影響。

(4)確保作業區域不超過校正點范圍。

2.1.3 外業操作

應將基準站接收機設置在未知點或者已知基準點上，開機之后進行系統及無線電設置工作。流動站接收機開機之后要進行系統設置，輸入轉換參數，通過校正點來獲得其所在位置的坐標參數。

2.2 地形圖測量

使用RTK測量技術進行地形圖測圖，只需要依據少量的基準點就可完成對地形地貌地標點的測量，當采用專業的測圖軟件時，還可借助電子手簿進行記錄完成數字化測圖。使用全站儀進行地形圖測量時，由于受到通視條件的影響，測站需要頻繁的進行轉移，且作業半徑小。兩者相比，RTK測量技術具備以下優點：

(1)RTK測量所需作業人員少，最多兩人就可以完成測量工作，而全站儀每臺組需要四人。

(2)RTK測量作業范圍廣，可對已基準站為圓心，完成20 km半徑的圓形區域范圍內的測量工作，而全站儀的觀測半徑通常只能達到300 m。

(3)RTK測量所獲取的三維數據可以隨時獲取，操作方便。

2.3 定線測量

使用RTK測量技術能夠廣泛的應用于地形地勢相對開闊區域的定線及放樣工作，如圖2所示。而且，在電子手簿上進行加樁處理特別方便，能夠即時的顯示出加樁的詳細樁號，最大限度的規避掉傳統加樁期間樁號及距離確定、測量的問題。只要基準站的架設無誤，則測量工作就能夠順利的開展。

圖2 RTK定線測量

2.4 道路中線測量

在大比例帶狀地形圖上完成定線工作之后，標定出道路的中線，并獲取中樁點的坐標數據文件，在電子手簿中輸入中樁點坐標之后，系統軟件會自動定位放樣點。由于系統軟件進行點位確定是獨立完成測量的，因此各放樣點的精度是趨于一致的，避免了累計誤差的產生。

2.5 縱橫斷測量

使用RTK測量技術進行縱橫斷面測量最突出的優勢表現在橫斷面測量上，在進行橫斷面數據測量是，能夠確保橫斷面與縱斷面方向始終保持垂直，對距離可以進行精確的控制，且可以隨時進行橫斷面加樁操作。所得到的數據滿足相關規范要求，可以很方便的進行下載，計算簡單。

2.6 水下地形測量

使用RTK技術測量水下地形數據是很方便的，尤其是采集河道數據。可以在系統軟件中設置好按照時間間隔或者是距離間隔自動導航并進行采集數據，只要確保接收站天線處于水面上方就可以實現數據的采集，并通過專業軟件進行成圖作業。

3 結束語

隨著技術的不斷發展完善，RTK測量技術相比于傳統方法的優勢也將得到長足的發揮，在大幅度提高工作效率的基礎上，測量結果的精確性也得到保障，而且其受到地形、天氣等因素的影響也很小。綜合以上優勢，RTK測量技術在道路測量中會得到越來越廣泛的普及與應用。