RTK 测量技术在市政工程测量中的应用

李震章 吕福臣

（1、牡丹江市市政工程设计研究院有限责任公司，黑龙江 牡丹江 157000 2、牡丹江市勘察测绘研究院，黑龙江 牡丹江 157000）

1 RTK 技术优势及局限性

1.1 RTK 技术优势

1.1.1 作业条件要求较低。RTK 受地形和植被的通视条件、能见度、气候、季节等因素影响和限制较小，不要求两点间通视。

1.1.2 作业效率高。一般作业环境下，RTK作业半径为10公里，大大减少已知点的需求，减少仪器的搬迁次数，需要的作业人员少，劳动强度低，作业速度快。

1.1.3 自动化、集成化程度高。采用内装式软件控制系统，测绘功能强大，无需人工干预，辅助测量工作大大减少，减少人为误差，保证了作业精度。

1.1.4 操作简便，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的操作，就可边走边获得测量结果（坐标数据或点位）。数据输入、存储、处理、转换和输出功能强大，并能方便快捷地与计算机、其它测量仪器进行通信，大大减少人工的工作量。

1.1.5 定位精度高，没有误差积累。只要满足RTK 的基本工作条件，在一定的作业半径范围内，RTK 的平面精度和高程精度都能达到厘米级；而且RTK 测量成果都是独立的观测值，不会像常规测量一样造成误差积累。

1.2 RTK 技术局限性

1.2.1 受卫星状况限制。若没有足够的卫星数或卫星分布不均匀，会使RTK 初始化不能完成；城市高楼密布区卫星信号被遮挡时间较长，作业时间受到极大的限制或容易造成失锁；RTK 测量与卫星分布以及数据链的性能有关，而且结果为独立观测值，缺乏外部兼容性的检核。

1.2.2 受天空环境影响。RTK 作业过程中，受电离层、对流层的干扰；共用卫星少的情况下，甚至不能初始化。

1.2.3 受测区环境的影响。RTK 作业过程中，受周围的无线电、高压线、通信线以及反射环境的影响。

1.2.4 数据链传输受干扰和限制。RTK 数据链传输容易受山体、高大建筑物等障碍物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响作业精度和作业半径；在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。

1.2.5 受电力供应限制。RTK 测量耗电量较大，电力供应不足时使连续作业时间受限。

1.2.6 存在高程异常问题。RTK 作业模式要求高程的转换必须精确，我国现有的高程异常图在有些地区，尤其是山区，存在较大误差，这使得将GPS 大地高程转换至水准高程的工作相当困难，精度也不均匀。

1.2.7 稳定性和精度问题。由于RTK 容易受卫星状况、天气情况、数据链传输状况的影响，稳定性及精度均不及全站仪；不同质量的RTK系统，其精度和稳定性差别较大，可靠性也无法达到100%。

2 RTK 测量技术的主要误差来源与误差控制分析

2.1 与卫星有关的误差

2.1.1 卫星星历误差。由卫星星历所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差。

2.1.2 卫星钟的误差。卫星上高精度原子钟存在的误差。

2.1.3 相对论效应。是指由于卫星钟和接收机钟所处的状态不同而引起相对钟差的现象。与卫星有关的误差可以通过差分技术完全消除。

2.2 与信号传播有关的误差

2.2.1 电离层延迟。电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差。

2.2.2 对流层延迟。信号在对流层中的传播速度延迟和传播路径的弯曲。

2.2.3多路径效应误差。受接收机（或天线）周围环境反射造成的信号传播误差。

电离层、对流层误差，通过差分技术可以大部分消除；多路径效应误差取决于天线及周围的环境，一般环境下为几厘米，而高反射环境下可超过10 厘米。因此，在RTK 测量中最主要的是削弱多路径效应对测量成果的影响。

2.3 与接收设备有关的误差

2.3.1 接收机钟的误差。接收机钟存在的误差。

2.3.2 接收机的位置误差。天线的机械中心与电子相位中心不重合造成误差。

选择性能良好的接收设备，例如选择具有Pinwheel 技术的天线，能削弱多路径效应误差。

2.4 与数据链有关的误差

2.4.1 数据链设备的内部噪声造成误差。

2.4.2 外部无线电干扰造成误差。

选择优良的仪器设备以及选择天气状况、作业环境、作业时间等得到削弱或基本消除。

2.5 与操作人员有关的误差

与操作人员有关的误差包括：对中误差；整平误差；流动站天线稳定性误差；天线高丈量误差。与操作人员有关的误差只要测量人员在作业过程中规范操作便可有效降低，避免系统性地带入到流动站的结果中。

2.6 与基准有关的误差

与基准有关的误差包括：已知控制点的误差；WGS-84 坐标系向地方坐标系转换过程的模型误差；高程拟合的模型误差。

与基准有关的误差将不可避免地通过基准站系统性地带入到流动站的结果中。因此，转换模型误差与已知控制点的误差是用户值得关注和设法解决的问题。

3 RTK 测量技术应用的优化

综合上述分析，在同等的作业环境条件下，在避开电离层、对流层活跃程度较大及中午的时间段进行RTK 作业外，为使RTK 测量技术在市政工程测量中发挥其最大效能，最主要的是削弱多路径效应对测量成果的影响，以及提高已知控制点的精度与转换模型精度问题。

3.1 削弱多路径效应对测量成果影响的措施

3.1.1 选择性能良好的接收设备，如选择具有Pinwheel 技术的天线。

3.1.2 基准站选择在卫星高度角开阔、能避免无线电或高压线强烈干扰、周围无影响GPS信号的反射物（如大面积水域、大型建筑物等）的地区，便于进行全天作业（如进出方便、关系协调容易等）的高点。

3.1.3 采用GSM 或CDMA 拨号连接作为基准站与流动站间数据传输的载体。

3.1.4 基准站附近铺设吸收电波的材料。

3.2 已知控制点优化的措施

在一个城市中，保存下来的高等级的控制点，成果大多为平面与高程分离，往往是不同技术方法、不同时期施测的成果，存在系统性的误差（有些相容性较差），附带有高程的也大多为三角高程或GPS 拟合高程。为使RTK 技术更好的应用于市政工程测量中，有必要对已知控制点进行优化后加以应用。

3.2.1 控制点的点位选择优化

由于RTK 作业不受两点间相互通视的限制，作为RTK 作业使用的控制点，从以下方面进行筛选优化：点位具有良好的天空开阔度；能避开无线电或高压线强烈干扰；能避开GPS 信号反射物；作为基准站的控制点易于全天作业，且是某一区域范围内的相对高点。

3.2.2 控制点的布局优化

控制点的布局要求分布均匀且能覆盖整个测区。优化的措施为：根据上述筛选的控制点，结合地势高低（平原地区可不考虑，因高程异常相差很小），分片确定基准站点、校正点。基准站点满足作业半径不大于10公里并与相邻基准站具有一定的重合的覆盖面的要求；校正点满足覆盖整个分片区，并以能代表分片区的正常高的一点（具有水准高程成果）作为该分片的高程原点。

3.2.3 控制点等级优化

控制点等级的优化的主要目的是提高已知控制点的精度，确保基准站点、校正点的WGS-84 坐标之间相对矢量关系的准确性。优化的措施为：对上述筛选后的控制点实施GPS 静态测量。

3.3 转换模型的优化措施

转换模型的优化目的是减少WGS-84 坐标系向地方坐标系转换的模型误差，合理地求取RTK 转换参数。为求得精确的转换参数，通常有七参数法和四参数法两种。四参数是同一椭球不同坐标系之间的转换，七参数是两个不同椭球之间的坐标转换。显然，RTK 测量更多的是使用七参数法。因采用GPS 静态测量，通过平差软件进行后处理便可自动求出七参数，故转换模型的优化就变成了静态GPS网的优化，其关键就是高程拟合模型的优化问题。求高程拟合参数实际上是求一个区域高程异常的过程。具体的优化措施为：选取能代表各分片的高程控制点，点数达到6 个或更多，而且分布均匀，参与到GPS 静态网进行平差，那么求得的拟合参数精度更高。

4 结论

为使RTK 测量技术优势发挥其最大工作效能，优化RTK 工作的基本条件是重要的措施。而从削弱多路径效应对测量成果的影响，以及提高已知控制点的精度与转换模型精度入手，可达到提高RTK 测量点的精度，特别是控制点的等级精度，解决高程异常问题；解决控制点引测、外业点校正找点问题；分片建立转换模型采用内业校正，免除同一分片内的测量项目重复进行外业点校正等的目的，使RTK 测量的技术优势得到更充分的发挥，有效的提高作业效率。

[1]徐绍铨等.GPS 测量原理及应用[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1998.

[2]张振军等.RTK 测量精度评定方法研究.测绘通报[J].2007,(1).

[3]GB50026-93 工程测量规范.