浅谈工程测绘中GPS RTK测量技术的应用

江金华

摘 要：文章首先介绍GPS RTK测量技术，详细分析GPS RTK测量误差及质量控制，最后分析GPS RTK测量技术在具体工程案例的应用。

关键词：GPS RTK；工程测量；误差；精度

1 GPS RTK技术概述

GPS RTK技术（实时动态卫星全球定位技术）就是利用美国的全球定位系统GPS，依据RTK原理实时计算显示出接收站（测点）的三维坐标。我国的北斗卫星导航系统（CNSS）将于2020年左右建成，并将覆盖全球，届时，GPS RTK技术可能改称为CNSS-RTK技术。GPS RTK技术应用于测量工程，方法是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机对卫星进行连续观测，基准站将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站，移动站上的接收机在接收卫星信号的同时通过无线电传输设备接收基准站上的数据，移动站上的计算机（工作手簿）运行内置的程序即时计算显示出移动站的三维坐标和测量精度。

2 GPS RTK技术在工程测量中的应用范围

2.1 控制测量

导线控制网、边角控制网的控制点精度要求较低，并具有点位维护难和使用频繁等特点。损坏后，若用全站仪恢复，受通视和车流影响；若用GPS恢复，精度虽高，但需内业计算平差，外业观测时间长。采用GPS RTK恢复控制点，只需在测区内或测区附近的未被破坏的控制点架设基准站，移动站直接测量各控制点的平面坐标和高程。

2.2 线路勘测

线路勘测中，由于遮挡或距离过长等原因，要不断地转站，同时为保证测点在断面线或中线上，需不停地指挥持标杆人员。采用GPS RTK作业，首先把各拐点坐标输入移动站的手薄。施测时，测量员调出所要测的两点坐标，手簿内就自动生成一条直线，同时显示测量员所在位置和距离起始点的桩号，这样测量员就可以自己判断是否在断面线上，也可以知道点位间距。

2.3 放样

放样需通视良好，还要来回移动目标，由2～3人操作。采用GPS RTK技术放样时，先把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，放样时手持GPS接收机，根据接收机的显示，自主地走到放样点的位置，既迅速又方便，且只需一个人操作就行。

2.4 地形测量

测绘地形图、地籍图时，传统的方法需要布设图根控制点，并要求测站与测点之间能通视。采用GPS RTK技术测图，可不布设各级控制点，测图时仅需一个人手持接收机到特征点上，能快速完成测定界址点、地形点、地物点的坐标，同时输入特征编码。

2.5 水下测量

水下测量一直是测绘工作的一个难点，用常规方法测量，速度慢、精度差。采用GPS RTK技术并配合测深仪进行水下地形测量时，首先在岸上架设好基准站，然后在船上把接收机移动站、测深仪、手提电脑连接好，输入各种参数和数据就可以进行测量。

3 GPS RTK测量误差分析及质量控制

3.1 误差分析

GPS RTK测量的误差，一般分为两类：

3.1.1 同仪器和干扰有关的误差：天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。

3.1.2 同距离有关的误差：轨道误差、电离层误差和对流层误差。对固定基准站而言，同仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法、选用适当的天线材料、远离干扰源和适当的天气测量予以削弱，而同距离有关的误差将随移动站至基地站的距离的增加而加大，所以GPS RTK的有效作业半径是有限的（一般为4km）。

3.2 GPS RTK测量的质量控制

GPS RTK测量质量控制的方法主要有：

3.2.1 已知点检核比较法：用RTK测量已知控制点的坐标进行比较检核。发现问题即采取措施改正，该方法控制点较多时方便。

3.2.2 重测比较法：每次初始化成功后，先重测1～2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后才进行RTK测量。该方法较为实用。

3.2.3 电台变频实时检测法：用两套频率测量同一点，将结果进行比对，确定精度。

3.2.4 削弱干扰： 选点时远离无线电发射源、雷达装置、高压线等干扰源。

3.2.5 适合气象条件：在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。急剧变化的天气，可能导致观测坐标的误差达到10mm～20mm。

4 GPS RTK技术优势

可以看出，应用GPS RTK技术测量与常规的测量方法（如全站仪、经纬仪等）相比具有以下优势：

4.1 作业效率高

在一般的地形地势下，设立基准站一次即可测完4km半径范围内所需的测量工作，如地形图测量、放样、线路勘测等，大大减少常规测量所需较多的控制点数量，可省却了布设图根控制网这一测绘工作，同时避免测量仪器搬站次数频繁。

4.2 定位精度较高

GPS RTK测量的一大特点就是没有累积误差，各个测点的数据是独立采集取得，数据安全可靠。常规测量方法有累积误差，工程测量中采用平差消除或用不同控制点施测来保证精度。GPS RTK技术测量，只要满足GPS RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内，基准站能精确整平对中、移动站能粗略对中，信号满足要求，GPS RTK测量的平面精度和高程精度都能达到厘米级，满足各项工程测量的需要，只要简易复核下，就能让测量工作放心、省心。

4.3 作业条件要求低

GPS RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”或能接收到手机信号，就能开展测量工作。与常规测量相比，GPS RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。在地形起伏大、山区林密或受建筑物遮挡时，两点间无法通视或通视受限，采用GPS RTK技术测量无须通视就能测绘，优势非常明显。

4.4 作业自动化高

GPS RTK技术集成化程度高，兼容性好，能装载各种测绘软件。与计算机连接简易，能将数据直接导入计算机中的绘图软件，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为错误，保证了作业精度。

4.5 操作简便

基站、移动站只要在设站时进行简单的设置，手工输入或计算机导入所需的起始数据，基站整平对中即好；移动站就可以边走边获得测量结果或进行坐标放样。

5 工程实例

5.1 工程概况

某工业区规划面积18km2，分南、北两个组团，其中南部组团6km2，北部组团12km2。

2010年6月开始了北部组团建设，包括园区道路、管线、厂房等项目建设。

5.2 测区特点

地貌为起伏不大的丘陵地区，地势开阔，没有高大的建筑物、没有茂密的森林，但有两条南北走向10kV高压电线，居民区为两大自然村定居点，较集中。

5.3 测量内容

园区项目建设涉及大量的测绘工作，例如征地红线、规划红线、建设红线和厂区布局的放样、线路勘测、平整土地土方量计算、测绘地形图；施工时放出或恢复道路中线、边线，建筑红线、轴线等，涉及控制测量、放样测量、线路测量和地形图测量等方面内容。

5.4 测量方案

面对如此繁重的测量工作，如果采用全站仪测量，既要布设图根控制网，又要考虑通视、天气和机械施工等影响。

经综合分析后，决定以GPS RTK技术为主、全站仪为辅的测量方案开展测绘工作。随后采用南方测绘S86 GPS测量系统，该测量系统实现了基准站接收机电台内置的同时，还嵌有CDMA/GPRS模块。

5.5 实施情况

5.5.1 首先在5″三角控制网基础上用全站仪内插两个控制点，作为GPS RTK测量的两个基准点。一个位于靠近办公室的一栋六层楼顶上，一个位于工业区内一座较高的山丘上，相对位于规划区的中心，距离规划区边缘不超过4km。内插的这两个控制点同时组成三角网进行平差。经平差后两个控制点的精度达到5″三角控制网要求。

5.5.2 测量时，将楼顶或山丘上的控制点作为基准站架设仪器，移动站在园区的各个测点都能接收到基准站发出的数据信息，并且距离不超过4km。

施测时，一个测量员手持移动站就能快速完成测绘、放样等各项任务。根据测量任务的多少，有时有两到三个移动站在同时工作。

5.5.3 每次测量前或后，测量员都手持移动站到内插的另一个控制点或5″三角控制网内的控制点进行检查测量，以比对误差是否超限。

5.6 施测结果

5.6.1 完成测绘任务神速。特别是重新放样、恢复点位只需10多秒，不影响机械施工。

5.6.2 出成果快。将数据直接导入计算机中的测绘软件南方CASS，能简易出图，并计算土方量、填方区、挖方区，或初步设计出道路线路走向。

5.6.3 测绘强度低。由于测量工作变得简易，大多情况下无需顶烈日、冒寒暑进行测地形图、放样和线路测量，而有条件地选择较好的天气进行测量。

5.6.4 不需要布设图根控制网。测区面积不大，而且基准点的设立较合理，省却了图根控制网。

5.6.5 精度较高。在各项测量工作中，未出现过粗差或错误，如采用GPS RTK放样的长达2.6km的园区主干道的放样成果，与施工单位采用全站仪放样成果进行对比，其误差都在限差范围内。其中，选取了20个点位相同的点，进行了平面坐标及高程的互差、中误差分析。结果表明，两种方式的平面坐标点位互差在0.4cm～3.1cm之间，以全站仪数值为参考，GPS RTK放样点位中误差为2.6cm，高程互差为1.2cm～6.5cm；以全站仪数值为参考，GPS RTK放样高程中误差为4.3cm。

6 结语

工程实践表明，GPS RTK测量技术具有作业效率高、测量精度高、自动化程度高等优势，是替代传统的测量技术手段。但在高等级的控制网布设中，由于GPS RTK技术自身的限制，精度尚达不到毫米级，因而应采用GPS相对定位技术或其他测绘技术。

参考文献

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[2] 刘树良.GPS 测量技术在工程测绘中的应用[J].商品与质量·建筑与发展，2011（2）.

[3] 余小龙，胡学奎.GPS RTK技术的优缺点及发展前景[J].测绘通报， 2007（10）.