基于RTK的某项目工程测量技术研究

曹斌

摘 要：该文基于笔者工程测量的相关工作经验，以笔者曾经参与的测量项目为研究背景，探讨了基于RTK+全站仪的测量技术。该文首先分析了RTK的技术原理，探讨了RTK结合全站仪的工作流程，在此基础上，结合具体案例进行了详细分析，结果表明，“RTK+全站仪”模式测量精度高、点位精度分布均匀，且不受天气影响。

关键词：工程测量 RTK 全站仪 精度

中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（c）-0077-02

随着卫星定位技术的快速发展，人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈。而目前使用最为广泛的快速高精度定位技术就是RTK，RTK技术的关键在于使用了GPS的载波相位观测量，并利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度（分米甚至厘米级）的定位。它的出现为工程放样、地形测图、各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

1 RTK概论

1.1 RTK的工作原理

RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的厘米级精度的三维定位结果。RTK定位测量通常是由一个基准站和一个或多个流动站组成，接收机之间建立实时数据通讯。开始作业时，流动站首先依次在2个或2个以上已知点上进行测量，通过实时数据传输，和基准站观测数据进行差分处理，得到流动站与基准站之间的高精度GPS基线向量。同时，利用已知点之间GPS基线向量（间接基线）及已知坐标数据，求得GPS三維基线向量转换到当地坐标系统三维基线向量的转换参数，及基准点的当地坐标，这个过程称为初始化，初始化完成后即可开始测量。流动站到待测点上，通过与基准站观测数据的实时差分处理，求得基准站到流动站的高精度的当地坐标系统三维坐标差。

1.2 RTK测量系统的组成

RTK测量系统一般由以下三部分组成：GPS接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。其基本组成至少需要一个基准站和一个流动站。

2 “RTK+全站仪”测量模式研究

利用“RTK+全站仪”测量模式在野外进行数字化测图的基本作业流程如图1所示。

3 实例分析

该测区面积约0.98 km2，测区内标高最高+26 m，最低-61 m，高差较大，且测区范围内有大型机械、矿车等设备作业，因此不适合采用常规全站仪测量。

分析研究表明，宜采用“RTK+全站仪”模式进行测量，相关测量设备为静态GPSLeciaSR510 3台，RTK为LeciaGS151+2台，全站仪为LeciaTS021台。

3.1 建立基本控制网

由于测区北部为灌木丛，树高10～20 m，东北部作为临时排土区，西部则用采场岩土堆积采场隔离堤，测区内有大型机械作业，致使测图控制点常被破坏。为此，在测区西北部和南部布设了4个静态GPS点，作为测区的基本控制点，采用静态GPS观测。测量方法采用快速静态相对定位模式，网形的连接采用边连接，GPS接收机采用3台LeciaSR510，按照E级控制网的技术标准和规范要求，进行布点及观测。对观测的外业GPS数据，利用Leica内业数据处理软件，对GPS控制网进行基线解算、无约束平差、引入已知坐标约束平差等工作，求解出控制点坐标。为使测量成果与南山矿的坐标系一致，在控制测量时联测了3个矿内高等级控制点。经数据处理，计算出4个控制点的坐标。

3.2 利用GPSRTK测量图根控制点

（1）基准站点选择。

由于基准站是架设于已知的控制点上，因此在选择基准站时，除须遵循GPS控制点的基本选择原则外，还须注意的事项为：①点位应选择在位置较高、视野开阔的地区，有利于差分信号的传播，有效避免信号被干扰；②选择在交通便利的地区，宜为汽车可直接到达的地区，便于搬移仪器；③基准站位置合理，由于RTK电台发射信号的半径一般为5～8 km，若测区范围过大，应考虑差分信号的覆盖及定位精度。

（2）测量图根控制点。

在选择的基准站点上架设GPS接收天线，按照相关的操作流程，进行对中、整平、量取天线高、连接仪器等，设置基准站参数和输入控制点坐标，利用已知的控制点求解转换参数。在合适的位置选择图根控制点，订上木桩，将GPSRTK流动站置于该图根点上，待GPS整周模糊度固定后开始RTK“点测量”模式，测量时间一般为60 s，将测量结果直接保存至手簿中。测量时需注意GPS整周模糊度是否固定、能否接收到基准站的RTK差分信号以及天线类型和天线高是否正确等。

3.3 利用GPSRTK与全站仪组合测量碎部点

（1）全站仪测量碎部点。

在利用GPSRTK测量的图根控制点上架设全站仪，建立任务，按照设站、后视定向、碎部点测量、绘制草图等操作流程，完成野外碎部测量工作。一般一个全站仪作业小组需配置1名测量员，1名绘图员和2～3名跑镜员。

（2）利用GPSRTK测量碎部点。

在地势开阔地区或全站仪视线阻挡地区，可利用RTK的“点模式”或“线模式”测量碎部点。在基准站上安置1台GPS接收机，按照GPS基准站架设操作流程，完成基准站的安置，另外1台或多台GPS接收机作为流动站，进行待测碎部点观测。测量模式根据现场地形、地物情况，可采用“点模式”或者“线模式”。方法为：1名测量人员在地形特征点上立测杆，设置测量模式，输入点号，点击“开始测量”和“停止测量”等步骤，将测量数据保存至RTK手簿中，对一些地形地貌并不复杂的测量区域，绘制草图的过程可省略，以便提高测量效率。

3.4 内业数据处理成图及实地检查

（1）内业数据处理及成图。

将采集的外业数据及时传输至计算机，经处理的数据（主要是剔除含粗差的观测数据）转换成南方CASS7.0展点格式，并进行展点，结合外业绘制的草图进行编辑成图，地形图比例尺为1∶1 000，平面为1954年北京坐标系。测量范围由委托方提供，图名为“铁矿验收地形图”。

（2）测量成果实地检查。

将编辑完毕的成果图携带至测量现场进行检查，以便发现有无漏测的区域和地物，特别是一些特殊地物（如电力线的连接关系），如需进行补测，须将补测数据和图形分别另存为一个新文件，并对地形图进行修改和补绘。

4 结语

（1）“RTK+全站仪”测量模式可显著提高工作效率、减轻劳动强度，并且作业灵活。在地势开阔的地段，可用RTK作业模式测量碎部点，一般地形、地物点仅需3～5 s便获得精度较高的三维坐标；而在通视效果不佳、地形条件复杂的地段，可首先用RTK给定图根点位，然后利用全站仪采集数据，可实现优势互补，大幅度提高作业效率。（2）“RTK+全站仪”模式测量精度高，点位精度分布均匀。RTK测量精度可达到厘米精度，满足地形测量要求。同时，每个点的误差随机产生，不产生积累，成果较可靠。（3）“RTK+全站仪”测量模式不受天气影响，可全天候作业，基本不受大雾、能见度等天气的影响，可全天候作业，特别是在雾霾越来越严重的地区，其实用性更强，可更好地适应数字化成图的需要。

参考文献

[1] 潘纯建，蒋亚军，张国权，等.RTK技术在图根控制测量中的应用[J].地矿测绘，2007，23（1）：30-32.

[2] 周晓华，李永兴，吴根姣，等.RTK技术在控制测量中的应用探讨[J].测绘通报，2007（7）：44-45.