基于RTK技术的城市工程测量研究

杨维林

(天津市勘察院测量公司，天津300191)

基于RTK技术的城市工程测量研究

杨维林

(天津市勘察院测量公司，天津300191)

以RTK技术在城市工程测量中的应用为研究对象，从RTK技术在城市工程放样测量、地形测量及控制测量三个方面对这一问题进行探讨。

RTK技术;工程测量;控制测量;地形测量

GPS问世以来，作为测量和空间定位新技术，已广泛应用于陆海空领域的定位、导航和测量，在大地测量及工程测量应用领域中产生了前所未有的变革。随着GPS技术的不断发展，其应用已遍及各种测量领域，特别是GPS实时动态差分RTK技术的迅速发展和完善在常规测量领域里得到了越来越广泛的应用。

一、测量的误差源及局限性

1)GPS误差源。GPS测量中出现的各种误差按其来源大致分为三类:① 与卫星有关的误差:主要包括卫星星历误差、卫星钟的误差、地球自转的影响和相对论效应的影响等;② 信号传播误差:主要为电离层影响、对流层影响、多路径效应的影响等;③观测设备和接收设备即仪器误差的影响也很大。通常可通过采用适当的方法减弱或消除上述误差的影响。

2)RTK的误差源:①基准站点位精度的影响;②模糊度解算误差;③动态基线解算误差;④坐标系统转换误差;⑤天线对中等人为产生的误差。其中②、③项的解算，程序已被编入主机，其误差已得到了控制，坐标系统转换误差在于如何解算坐标转换参数。因此，外业过程中特别注意气泡居中等操作要求，以减少偶然误差，消除人为误差，提高精度。

3)局限性:① 在树木茂密及城市高楼地区，GPS信号受到遮挡，无法作业;② 数据链受发射功率及地形障碍物阻挡影响，致使RTK作用距离有限，一般丘陵地区，城区为5 km;③数据链容易受到干扰，距房屋、树木较近处信号接收较难。在稍有树木遮挡的地方需几十分钟才能测定坐标。

二、RTK在测量工作中的应用

1.用于工程放样测量

一般作业方法是:首先确定控制点及其坐标系、坐标转换参数的求解方法。把放样点的坐标或线及桩号成批地存入掌上电脑RTK手簿中。选择地势高、无干扰、宽阔的已知点架设基准站，设置好基准站，使接收机至少能收到5颗以上卫星，数据链发射正常，测量人员设置好流动站，在快速初始化完成后可以开始作业。从RTK手簿中读取当前测量点距放样点或线的纵横坐标差Dx、Dy、S以及方位，并以图形方式显示出来，同时显示测量的点位精度水平，当精度水平达到期望值时可结束该点的放样，操作起来比较直观、方便。采用RTK放样，单人就可以作业，工作效率很高。同时，作业时不必布测常规的导线，节省了大量的人力，在道路条件差的地方相当方便。如在某厂区的道路放桩中，该地区灌木、小叶树密度高，如果用全站仪放桩，必须花费大量的人力去砍树开路以便通视，并且还需要布置导线，采用RTK方法能够省去这些艰难的工作，常规方法需要10天的工作，使用该方法约2天即可完成。高程测量方面，GPS测量的高程误差与常规水准不同。它主要取决于拟合面与大地水准面的符合程度。实践已经证明了GPS进行高程控制测量的可行性。为提高高程精度，可采用适当控制流动站与基准站的距离，以及选择合适的高程拟合方法，在小范围及地形起伏不大的地区，一般可获得优于±0.1 m的精度水平。

2.RTK技术用于定位测量

RTK技术定位有动态定位和快速静态定位两种测量模式。两种定位模式相结合，在公路工程中的应用中可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS前端数据采集。

1)动态定位测量前需要在一个控制点上静态观测数分钟(有的仪器只需2～10 s)以进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量2～4 s，精度就可以达到±(1～3)cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。

2)快速静态定位模式要求GPS接收机在每一流动站上，静止地进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密;若采用常规测量方法(如全站仪测量)，受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK快速静态测量，可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5～10 min(随着技术的不断发展，定位时间还会缩短)，不及静态测量所需时间的1/5，在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。

3.RTK用于控制测量

由于RTK测量在20 km内点位平面标称精度为±3 cm，根据控制测量规范要求Ⅰ级导线点的点位误差为±5 cm，从理论上讲RTK测量完全可以满足Ⅰ级以下导线点的技术规范要求。在某工程道路放桩RTK测量中，我们对距离基准站1～6 km的一些四等GPS控制点采用一点法进行检核比较，结果表明平面坐标分量最大差值为3.1 cm，高程最大差值为4.9 cm，完全符合Ⅰ级导线点的规范精度要求。某工程1∶1 000数字地形图测绘任务，测区长约7 km，宽0.7 km，面积约5 km2。整个测区采用Ashtech Z-X双频GPS接收机，用静态法共布测了5个四等GPS点，21个一级GPS点，点位均匀分布，最弱点点位中误差 Mx为 ±4.0 cm，My为 ±3.9 cm，并联测了四等水准高程。为了进一步检核Ashtech Z-X双频GPS系统的测量精度，采用GPS控制点联测法均匀地检测了其中12个GPS控制点，基准站布设在测区中间。GPS测量坐标值与静态联测法坐标值的较差X坐标中误差为±3.1 cm，Y坐标中误差为 ±2.3 cm，H高程中误差为 ±5.0 cm，结果完全可满足Ⅰ级导线点(5点以下)的规范精度要求。尽管GPS测量的标称精度及实测精度完全满足Ⅰ级导线点5点以下的规范精度要求，但目前的规范对利用GPS测量进行Ⅰ级导线甚至更高精度的控制测量，其采集数据的方法、数量等还没有明确的规定，因此还需要用大量的实践来证实。实际测量中还必须采取足够的检核手段，确保测量的准确性。

三、应用RTK作业应注意的问题

1)GPS作业时由于每个测点都是独立的观测量，缺乏相关联的检核手段，因此，在作业前后，在测区内找均匀分布的已知控制点进行检核，是目前较好的检核手段。

2)坐标转换方法，如控制联测法、单点法等所测量的点位精度不同，作业时应依据任务要求、测区大小使用不同的方法。

3)RTK采用VHF超高频无线电波作数据链，容易受到电信发射塔、无线电台、高压电等干扰以及地形起伏条件的影响。因此，基准站应尽可能远离干扰源，并位于地势高处。

4)RTK系统测量时仪器的连线电缆配件较多，特别是基准站发射电台的鞭状天线价格昂贵且目前国内没有替代产品，因此注意保护仪器、防止人为丢失及损坏而影响工作正常进行也是值得注意的问题。

四、结束语

RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后，测量领域的又一次技术革命。它改变了传统的测量模式，能够实时提供厘米级定位精度，能够在不通视的条件下远距离传输三维坐标。应用于城市测量中，RTK能够快速准确地布设控制点，弥补由于城市日星月异的发展所造成低等级导线点毁坏的损失，减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。RTK测量需要的测量人员少，作业时间短，工作效率高，并且RTK测量成果都是独立观测值，不会像常规测量那样造成误差积累。当然，RTK技术快速、灵活的作业方式有赖于足够的卫星数、稳健的数据链、较小的多路径效应等外界条件，在城市环境下更显得突出，有时会出现无法正常作业的情况，这就需要不断完善RTK技术，探讨先进的作业方式。随着RTK技术的日趋成熟，它必将会更好地服务于城市测量。

［1］周忠漠，易杰军，周琪.GPS卫星测量原理与应用［M］.北京:测绘出版社，1997.

［2］徐绍铨.GPS测量原理及应用［M］.修订版.武汉:武汉大学出版社，2000.

［3］沈学标.工程测量专业发展的探讨［J］.现代测绘，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

杨维林(1977—)，男，贵州安顺人，工程师，主要从事城市工程测量工作。