RTK技術在竣工測量中的應用

文／焦吉文 河北省第三測繪院 河北石家莊 050031

武斌 河北省第一測繪院 河北石家莊 050031

引言：

與靜態GPS 定位測量技術相比，RTK 測量技術是一種實時動態測量技術，該技術以載波相位技術為基礎，通過對測站相位的差分處理以及坐標解算來實現高精度的定位測量。由于RTK 測量技術能夠在外業測量過程中直接完成數據解算，且定位精度能夠達到厘米級，不僅加大的提高了工程測量的效率，而且也使定位測量精度得到了明顯的提升，更好的滿足了工程竣工測量的實際要求。因此，在工程竣工測量工作中應加強對RTK 技術的研究，充分理解RTK 技術特點，準確把握RTK技術在工程竣工測量工作中的優缺點，并結合工程竣工測量的實際情況采取有效措施充分發揮RTK 技術優勢，科學規避其技術限制，從而推動我國工程竣工測量技術水平的提升。

1、概述

工程竣工測量指的是在工程項目施工完成后，應對工程平面以及高程進行測量，以準確掌握工程項目的實際占地面積、基底面積等各項數據信息，并要對工程高度進行驗收，同時還應根據測量數據完成工程項目平面總圖的繪制，并測定工程相關配套設施的高程數據等，從而為工程竣工驗收提供可靠的參考數據[1]。在工程竣工測量工作中，為保證測量精度，避免坐標轉換中產生數據誤差等問題，應在測圖中采用統一的數學基礎和比例尺進行測繪，且應確保測量數據能夠符合工程項目所在地區的地理信息標準要求。在完成工程竣工測量后，應詳細記錄測量數據，并做好測量數據的存檔工作。

2、RTK 技術

RTK 技術也就是載波相位差分技術，這是一種動態實時測量技術[2]。以載波相位觀測數據為基礎進行基準站的設置，并利用流動站接收由數據鏈所傳輸的三維坐標數據和測點觀測數據進行實時差分。流動站在啟動后首先要進行初始化，接收基準站所傳輸的數據信息。同時，流動站自動完成觀測數據的采集，存儲以及數據處理工作，利用坐標轉換處理方式完成定位測量。其定位測量精度已經能夠達到厘米級水平，從而可以為工程竣工測量工作提供更加精確的數據依據。RTK 技術工作原理可參見圖1所示。

圖1 RTK 技術工作原理示意圖

3、成果計算

RTK 技術采集的數據應為WGS84 數據，工程測量數據成果一般采用地方坐標系或國家坐標系成果，其平面坐標和高程計算方法如下：

選取控制點周邊或覆蓋整個工程項目3 個以上等級控制點的WGS84 大地坐標成果（B、L、H）和平面直角坐標以及85 水準高程成果（X、Y、h)，采用外業點校正或內業求解的方法計算測區轉換七參數，七參數的計算結果應進行評價，要求七參數計算最大殘差在水平方向上小于0.02m，垂直方向上小于0.03m。通過設置于GNSS接收機的“七參數”，直接獲取采集點的平面直角坐標和高程成果。

在高程求解中，參與高程擬合處理的水準點受地形特點、分布情況和水準點數量等因素都會對擬合精度產生不同程度的影響。受此限制，當測區地勢的起伏較為明顯時，就會導致GPS 擬合高程測量的精度下降。因此要在工程竣工測量工作中應用RTK 技術時，工作人員需要首先合理選擇測區內水準點的布設位置以及水準點的布設數量，并要對水準控制點進行定期觀測，以便及時發現高程異常，從而采取相應的修正措施，這一才能進一步提高GPS 擬合的高程測量精度。

4、RTK 技術分析

4.1 優點分析

（1）能夠有效提高測量效率

在工程竣工測量工作中，應用RTK 技術能夠極大的提高測量效率。在一般地勢條件下應用RTK 技術開展工程竣工測量工程時，只需保證設站科學合理，就能夠在短時間內一次性完成5km 作業半徑范圍內的工程竣工測量任務。與傳統測量技術相比，應用RTK 技術能夠有效減少控制點的布設數量，且不需要多次架設儀器設備，不僅極大的提高了測量的效率，縮短了工程竣工測量的周期，而且明顯減輕了測量人員的工作強度，只需一名測量人員就能夠完成大量測量作業，并能夠在幾秒鐘內完成測點坐標解算等工作。因此RTK技術在提高工程竣工測量效率方面具有明顯的技術優勢。

（2）能夠有效提高測量精度

在工程竣工測量工作中，應用RTK 技術定位測量精度得到明顯提高。目前RTK 設備的有效測量半徑一般在5km 左右，在此范圍內能夠通過一次設站快速準確的完成工程竣工測量工作，由于RTK 技術采用的是載波相位差分實時動態測量方式，平面和高程測量精度均能夠達到厘米級水平，極大的提高了工程竣工測量的精度[3]。同時，RTK 技術具有較高的自動化水平，其流動站能夠在接收GPS 衛星數據時自動完成對測點坐標的解算工作，不僅數據處理效率高，而且減少了人為因素對工程竣工測量數據準確性的影響，進一步提高了工程竣工測量的精度。

（3）能夠有效提高測量技術適應性

應用RTK 技術進行工程竣工測量時，對測點與測站之間的光學通視條件不做規定，不受通視條件限制時就能夠正常開展工程竣工測量工作，與全站儀等傳統測量技術方法相比，其技術適應性更好，因此能夠更好的滿足多種工況條件下的工程竣工測量工作要求。同時，工程竣工測量工作中，應用RTK 技術還可以減少季節性因素以及氣候條件變化對正常施測工作的影響，這主要得益于于RTK技術在環境以及氣候適應性方面的突出優勢。RTK 技術的這些優點，使該技術在工程竣工測量工作中具有較高的實用價值和十分廣闊的應用前景。

4.2 缺點分析

（1）受衛星因素的限制

在工程竣工測量工作中，應用RTK 技術時，由于RTK技術是以GPS 技術以及衛星為基礎的實時動態測量技術，因此會受到衛星位置以及可觀測衛星數量等因素的影響。每個衛星的覆蓋范圍有限，當測區無法觀測5 顆以上的衛星時，就難以保證定位測量的精度。同時，衛星信號的傳輸還會受到地面遮蔽物的影響，當測區地面環境較為復雜有大量遮蔽物存在、周邊地區有高壓線纜等干擾源或者有大面積水域等存在時，都會對衛星信號傳輸造成干擾，進而影響RTK 測量的精度和效率。因此為解決RTK技術在實際應用中的這一局限性，工程竣工測量工作人員應加強星歷預報，準確掌握衛星經過測區上空的時間段，以便合理制定測量工作計劃，科學控制施測時間。此外，如需在衛星觀測條件較差的地區開展工程竣工測量工作時，應有機結合其他測量技術方法的應用，利用不同測量技術所獲取的測量數據進行檢校，以保證工程竣工測量數據的準確性。

（2）受初始化能力的制約

在工程竣工測量工作中，RTK 技術的應用還會受到設備初始化能力的制約。如在中午時段應用RTK 技術開展工程竣工測量工作時，大氣電離層對RTK 測量的干擾更為明顯，RTK 測量設備往往需要較長時間完成初始化。當工況條件較為惡劣時甚至難以完成初始化處理，嚴重影響了工程竣工測量工作的正常進行。因此，在應用RTK 技術進行工程竣工測量時，工作人員應合理選擇施測時段，一般應在每天的11：00 前和15：30 時后開展測量工作，這樣能夠有效減少大氣電離層對RTK 測量設備運行的影響，提高測量的效率，并為工程竣工測量提供更為精確的測量數據。

（3）受周圍環境條件的影響

在工程竣工測量工作中，應用RTK 技術時，雖然RTK技術對通視條件的要求相對較低，但仍需在具有較好環境條件下才能保證測量的精度和效率。當工程項目周圍有密集高層建筑存在或者工程位于叢林以及高山等環境條件較為復雜的地區時，測點的周圍環境條件往往會受到較大的影響，衛星信號極易被遮擋，這會導致在應用RTK 技術進行工程竣工測量時出現初始化丟失以及失鎖等問題，此時就需要重新進行初始化甚至不再具備RTK 技術的應用條件，不僅會影響工程竣工測量的效率，還應導致測量精度下降。因此在觀測環境條件較差的區域應用GPS RTK 技術進行工程竣工測量時，工作人員應盡量選擇具有較強初始化能力的RTK 技術設備，并結合其他測量儀器設備和方法的綜合應用，以保證測量的質量和效率能夠滿足工程竣工測量要求。

（4）受數據傳輸穩定性的影響

在應用RTK 技術進行工程竣工測量工作時，其如在工程項目周邊區域存在高頻信號源、山脈以及大型構筑物時，都會對RTK 數據傳輸產生較強的干擾，數據傳輸過程中的信號強度會發生明顯衰減現象，這會對工程竣工測量精度產生不利的影響。同時，RTK技術在工程竣工測量工作中還會受到測量設備作業半徑的限制，當作業半徑較大時，數據傳輸誤差也會相應的增加。為有效控制該缺點對RTK技術在工程竣工測量工作中應用的制約，在RTK 技術的實際應用中，工作人員應準確掌握RTK 測量設備的標定作業半徑，并根據工程竣工測量作業范圍合理進行作業段劃分，以便優質高效的完成工程竣工測量工作。此外，工程竣工測量工作人員也可以采取將基準站設置于測區中央地勢較高處的方式來解決RTK技術測量半徑問題，從而提高工程竣工測量的質量和效率。

（5）受環境因素的限制

與全站儀等傳統的測量技術相比，在工程竣工測量工作中，應用RTK 技術時，其數據傳輸的穩定性會受到衛星條件、測區無線傳輸能力以及大氣電離層等多種因素的影響，導致數據傳輸準確性和可靠性下降，不僅會影響工程竣工測量的效率，而且還會對工程竣工測量精度產生不利的影響。因此在工程竣工測量工作中，應用RTK 技術時應合理選擇水平控制點以及高程控制點位置，且應根據實際情況適當增加控制點布設數量，從而使控制點密度加大以便對測量精度進行校核，以保證工程竣工測量數據的準確性。

（6）受設備自身的限制

在工程竣工測量工作中，應用RTK 技術時，RTK 測量設備需要由大容量電池組提供其工作能力，以保證工程竣工測量工作能夠連續進行。而一些復雜工程項目位于偏遠地區，不僅竣工測量工作的強度較高，需要長時間連續進行測量，而且在電力供應方面也難以滿足RTK 設備的正常工作要求，因此RTK 技術難以適應在這些地區的工程竣工測量的實際需要，存在明顯的技術局限性。

5、技術應用

5.1 基準站設置

在應用RTK 技術開展工程竣工測量工作時，測量人員應首先根據工程施工要求以及設計標準等全面收集測區內已知控制點數據，并要復測控制點坐標數據，以保證RTK 測量準確無誤。然后工作人員應結合測區的實際情況選擇測區范圍內選擇無強電磁干擾源存在，對空條件較好且不易產生多路徑誤差問題的控制點位置設置基準站。當基準站架設完畢，各種測量儀器設備的電纜連接就位且經檢查確認連接可靠后，工作人員可以將所有測量儀器設備開機，并以動態測量模式來進行基準站的設置。在應用RTK 技術進行工程竣工測量時，如測點和已知控制點的距離較長，可以適當增加控制點的布設數量，但要注意控制點間距應符合測量規范要求，并要科學確定測量精度等級。

5.2 坐標系定義

工作人員應建立一個新的工程文件，然后在該文件內完成投影參數以及橢球參數等各項參數的設置。在該文件內還應包括參數設置以及測量成果等不同格式的子文件。通常工程項目在建設中采用的是獨立的地方坐標系，而在工程竣工測量中則需要轉換坐標參數。RTK 技術的坐標參數轉換主要是通過外業采集控制點和內業計算測區參數來實現的。例如在某工程竣工測量中應用了RTK 技術，且接收機為天寶5700 型（可參見圖2所示），在其參數轉換中可以利用測量控制器完成參數的現場觀測和解算。

圖2 天寶GPS RTK 測量設備

在施測時應首先進行高程監測點的選擇，且監測點數量應達到3 個以上。然后工作人員應將所有監測點坐標輸入到RTK 控制器內，并進行逐點定位觀測，每一測回的觀測時間應達到5min 以上。在完成對測點的定位測量后，即可利用GPS RTK 控制器在現場完成坐標轉換處理。不過這種方式會延長現場施測的時間。故能觀之人員也可以在完成測點的選擇后，以控制點的大地坐標為基礎測算其當地坐標，之后再通過內業處理方式對坐標轉換參數進行進一步的解算。這種方式那個有效提高坐標轉換參數計算的效率和準確性。當完成坐標轉換參數的計算后，工作人員可以據此檢測各控制的測量數據，以提高工程竣工測量的精度。

5.3 轉換參數求解

在應用RTK 技術進行工程竣工測量時應注意，由于其測點坐標一般采用的是Wgs84 坐標系，但是在流動站中應將坐標現實為測點的實時獨立地方坐標或者國家坐標體系中的三維坐標值，因此需要對采取點校正處理措施。在點校正處理時，如坐標轉換參數已知，工作人員可以利用轉換七參數直接向RTK 控制器內屬入各項參數，以完成坐標體系轉換關系的構建。當在國家坐標體系下進行坐標轉換時，如果基準點坐標、投影方式以及橢球參數為已知，工作人員可以對坐標系統直接進行定期，且應在RTK 測量中適當增加點校正數量，以防止過大的投影變形對測量數據的可靠性產生不利的影響。當坐標轉換參數未知時，為了能夠以局域坐標系等為基礎開展工程竣工測量工作，工作人員應在坐標轉換中選擇點校正方法進行處理，且應有4 個以上水準點參與到高程擬合的點校正中。

5.4 數據采集

在應用RTK 技術進行工程竣工測量時，工作人員在通過流動站開展單點測量時應首先在主菜單葉面打開測量圖標，并將測量方式設定為RTK模式。在單點測量時應確保流動站參數設置處于固定解下，之后才能開始正式施測。在測量過程中應結合工程竣工測量的精度要求、可觀測衛星數量等合理控制每測回的觀測時間，在完成測量后應將觀測數據存儲在流動站系統內。見圖3

圖3 測量現場

5.5 傾斜測量

在rtk 測量時，由于受測量的環境因素、接收衛星數及衛星分布因素的影響，測繪時收斂時間較長，有時很難獲取固定解，給測量帶來很大困難。為改善此情況，多數廠家推出具有傾斜測繪模式的GNSS 接收機，該類設備是在傳統GNSS 接收機的基礎上加裝慣導裝置，通過測量天線的空間狀態和位置計算跟蹤桿底部的準確坐標。傾斜測量一般應用在房屋角點的測量，測繪時首先對儀器進初始化行傾斜測量，確定儀器水平放置的狀態，同時對儀器傾斜進行確認，初始化完成后開始測繪。該方式減少了房檐及接收機無法嚴格放置在墻角帶來的測量誤差，增加了竣工測量的精度。

結語：

RTK 技術的應用能夠極大的提高測量的精度和效率，在工程竣工測量工作中具有明顯的技術優勢。但是在RTK技術的實際應用中也必須注意到其在工程竣工測量中仍存在一些不足之處，限制了RTK技術在工程竣工測量工程中的進一步推廣應用。因此，工程竣工測量工作人員應加強對RTK 技術的研究，不斷總結實踐經驗，以充分發揮RTK 技術優點，并采取有效的應對措施以減少RTK 技術缺點對工程竣工測量的影響，從而推動我國工程竣工測量工作的現代化發展。