RTK技术在竣工测量中的应用

文／焦吉文 河北省第三测绘院 河北石家庄 050031

武斌 河北省第一测绘院 河北石家庄 050031

引言：

与静态GPS 定位测量技术相比，RTK 测量技术是一种实时动态测量技术，该技术以载波相位技术为基础，通过对测站相位的差分处理以及坐标解算来实现高精度的定位测量。由于RTK 测量技术能够在外业测量过程中直接完成数据解算，且定位精度能够达到厘米级，不仅加大的提高了工程测量的效率，而且也使定位测量精度得到了明显的提升，更好的满足了工程竣工测量的实际要求。因此，在工程竣工测量工作中应加强对RTK 技术的研究，充分理解RTK 技术特点，准确把握RTK技术在工程竣工测量工作中的优缺点，并结合工程竣工测量的实际情况采取有效措施充分发挥RTK 技术优势，科学规避其技术限制，从而推动我国工程竣工测量技术水平的提升。

1、概述

工程竣工测量指的是在工程项目施工完成后，应对工程平面以及高程进行测量，以准确掌握工程项目的实际占地面积、基底面积等各项数据信息，并要对工程高度进行验收，同时还应根据测量数据完成工程项目平面总图的绘制，并测定工程相关配套设施的高程数据等，从而为工程竣工验收提供可靠的参考数据[1]。在工程竣工测量工作中，为保证测量精度，避免坐标转换中产生数据误差等问题，应在测图中采用统一的数学基础和比例尺进行测绘，且应确保测量数据能够符合工程项目所在地区的地理信息标准要求。在完成工程竣工测量后，应详细记录测量数据，并做好测量数据的存档工作。

2、RTK 技术

RTK 技术也就是载波相位差分技术，这是一种动态实时测量技术[2]。以载波相位观测数据为基础进行基准站的设置，并利用流动站接收由数据链所传输的三维坐标数据和测点观测数据进行实时差分。流动站在启动后首先要进行初始化，接收基准站所传输的数据信息。同时，流动站自动完成观测数据的采集，存储以及数据处理工作，利用坐标转换处理方式完成定位测量。其定位测量精度已经能够达到厘米级水平，从而可以为工程竣工测量工作提供更加精确的数据依据。RTK 技术工作原理可参见图1所示。

图1 RTK 技术工作原理示意图

3、成果计算

RTK 技术采集的数据应为WGS84 数据，工程测量数据成果一般采用地方坐标系或国家坐标系成果，其平面坐标和高程计算方法如下：

选取控制点周边或覆盖整个工程项目3 个以上等级控制点的WGS84 大地坐标成果（B、L、H）和平面直角坐标以及85 水准高程成果（X、Y、h)，采用外业点校正或内业求解的方法计算测区转换七参数，七参数的计算结果应进行评价，要求七参数计算最大残差在水平方向上小于0.02m，垂直方向上小于0.03m。通过设置于GNSS接收机的“七参数”，直接获取采集点的平面直角坐标和高程成果。

在高程求解中，参与高程拟合处理的水准点受地形特点、分布情况和水准点数量等因素都会对拟合精度产生不同程度的影响。受此限制，当测区地势的起伏较为明显时，就会导致GPS 拟合高程测量的精度下降。因此要在工程竣工测量工作中应用RTK 技术时，工作人员需要首先合理选择测区内水准点的布设位置以及水准点的布设数量，并要对水准控制点进行定期观测，以便及时发现高程异常，从而采取相应的修正措施，这一才能进一步提高GPS 拟合的高程测量精度。

4、RTK 技术分析

4.1 优点分析

（1）能够有效提高测量效率

在工程竣工测量工作中，应用RTK 技术能够极大的提高测量效率。在一般地势条件下应用RTK 技术开展工程竣工测量工程时，只需保证设站科学合理，就能够在短时间内一次性完成5km 作业半径范围内的工程竣工测量任务。与传统测量技术相比，应用RTK 技术能够有效减少控制点的布设数量，且不需要多次架设仪器设备，不仅极大的提高了测量的效率，缩短了工程竣工测量的周期，而且明显减轻了测量人员的工作强度，只需一名测量人员就能够完成大量测量作业，并能够在几秒钟内完成测点坐标解算等工作。因此RTK技术在提高工程竣工测量效率方面具有明显的技术优势。

（2）能够有效提高测量精度

在工程竣工测量工作中，应用RTK 技术定位测量精度得到明显提高。目前RTK 设备的有效测量半径一般在5km 左右，在此范围内能够通过一次设站快速准确的完成工程竣工测量工作，由于RTK 技术采用的是载波相位差分实时动态测量方式，平面和高程测量精度均能够达到厘米级水平，极大的提高了工程竣工测量的精度[3]。同时，RTK 技术具有较高的自动化水平，其流动站能够在接收GPS 卫星数据时自动完成对测点坐标的解算工作，不仅数据处理效率高，而且减少了人为因素对工程竣工测量数据准确性的影响，进一步提高了工程竣工测量的精度。

（3）能够有效提高测量技术适应性

应用RTK 技术进行工程竣工测量时，对测点与测站之间的光学通视条件不做规定，不受通视条件限制时就能够正常开展工程竣工测量工作，与全站仪等传统测量技术方法相比，其技术适应性更好，因此能够更好的满足多种工况条件下的工程竣工测量工作要求。同时，工程竣工测量工作中，应用RTK 技术还可以减少季节性因素以及气候条件变化对正常施测工作的影响，这主要得益于于RTK技术在环境以及气候适应性方面的突出优势。RTK 技术的这些优点，使该技术在工程竣工测量工作中具有较高的实用价值和十分广阔的应用前景。

4.2 缺点分析

（1）受卫星因素的限制

在工程竣工测量工作中，应用RTK 技术时，由于RTK技术是以GPS 技术以及卫星为基础的实时动态测量技术，因此会受到卫星位置以及可观测卫星数量等因素的影响。每个卫星的覆盖范围有限，当测区无法观测5 颗以上的卫星时，就难以保证定位测量的精度。同时，卫星信号的传输还会受到地面遮蔽物的影响，当测区地面环境较为复杂有大量遮蔽物存在、周边地区有高压线缆等干扰源或者有大面积水域等存在时，都会对卫星信号传输造成干扰，进而影响RTK 测量的精度和效率。因此为解决RTK技术在实际应用中的这一局限性，工程竣工测量工作人员应加强星历预报，准确掌握卫星经过测区上空的时间段，以便合理制定测量工作计划，科学控制施测时间。此外，如需在卫星观测条件较差的地区开展工程竣工测量工作时，应有机结合其他测量技术方法的应用，利用不同测量技术所获取的测量数据进行检校，以保证工程竣工测量数据的准确性。

（2）受初始化能力的制约

在工程竣工测量工作中，RTK 技术的应用还会受到设备初始化能力的制约。如在中午时段应用RTK 技术开展工程竣工测量工作时，大气电离层对RTK 测量的干扰更为明显，RTK 测量设备往往需要较长时间完成初始化。当工况条件较为恶劣时甚至难以完成初始化处理，严重影响了工程竣工测量工作的正常进行。因此，在应用RTK 技术进行工程竣工测量时，工作人员应合理选择施测时段，一般应在每天的11：00 前和15：30 时后开展测量工作，这样能够有效减少大气电离层对RTK 测量设备运行的影响，提高测量的效率，并为工程竣工测量提供更为精确的测量数据。

（3）受周围环境条件的影响

在工程竣工测量工作中，应用RTK 技术时，虽然RTK技术对通视条件的要求相对较低，但仍需在具有较好环境条件下才能保证测量的精度和效率。当工程项目周围有密集高层建筑存在或者工程位于丛林以及高山等环境条件较为复杂的地区时，测点的周围环境条件往往会受到较大的影响，卫星信号极易被遮挡，这会导致在应用RTK 技术进行工程竣工测量时出现初始化丢失以及失锁等问题，此时就需要重新进行初始化甚至不再具备RTK 技术的应用条件，不仅会影响工程竣工测量的效率，还应导致测量精度下降。因此在观测环境条件较差的区域应用GPS RTK 技术进行工程竣工测量时，工作人员应尽量选择具有较强初始化能力的RTK 技术设备，并结合其他测量仪器设备和方法的综合应用，以保证测量的质量和效率能够满足工程竣工测量要求。

（4）受数据传输稳定性的影响

在应用RTK 技术进行工程竣工测量工作时，其如在工程项目周边区域存在高频信号源、山脉以及大型构筑物时，都会对RTK 数据传输产生较强的干扰，数据传输过程中的信号强度会发生明显衰减现象，这会对工程竣工测量精度产生不利的影响。同时，RTK技术在工程竣工测量工作中还会受到测量设备作业半径的限制，当作业半径较大时，数据传输误差也会相应的增加。为有效控制该缺点对RTK技术在工程竣工测量工作中应用的制约，在RTK 技术的实际应用中，工作人员应准确掌握RTK 测量设备的标定作业半径，并根据工程竣工测量作业范围合理进行作业段划分，以便优质高效的完成工程竣工测量工作。此外，工程竣工测量工作人员也可以采取将基准站设置于测区中央地势较高处的方式来解决RTK技术测量半径问题，从而提高工程竣工测量的质量和效率。

（5）受环境因素的限制

与全站仪等传统的测量技术相比，在工程竣工测量工作中，应用RTK 技术时，其数据传输的稳定性会受到卫星条件、测区无线传输能力以及大气电离层等多种因素的影响，导致数据传输准确性和可靠性下降，不仅会影响工程竣工测量的效率，而且还会对工程竣工测量精度产生不利的影响。因此在工程竣工测量工作中，应用RTK 技术时应合理选择水平控制点以及高程控制点位置，且应根据实际情况适当增加控制点布设数量，从而使控制点密度加大以便对测量精度进行校核，以保证工程竣工测量数据的准确性。

（6）受设备自身的限制

在工程竣工测量工作中，应用RTK 技术时，RTK 测量设备需要由大容量电池组提供其工作能力，以保证工程竣工测量工作能够连续进行。而一些复杂工程项目位于偏远地区，不仅竣工测量工作的强度较高，需要长时间连续进行测量，而且在电力供应方面也难以满足RTK 设备的正常工作要求，因此RTK 技术难以适应在这些地区的工程竣工测量的实际需要，存在明显的技术局限性。

5、技术应用

5.1 基准站设置

在应用RTK 技术开展工程竣工测量工作时，测量人员应首先根据工程施工要求以及设计标准等全面收集测区内已知控制点数据，并要复测控制点坐标数据，以保证RTK 测量准确无误。然后工作人员应结合测区的实际情况选择测区范围内选择无强电磁干扰源存在，对空条件较好且不易产生多路径误差问题的控制点位置设置基准站。当基准站架设完毕，各种测量仪器设备的电缆连接就位且经检查确认连接可靠后，工作人员可以将所有测量仪器设备开机，并以动态测量模式来进行基准站的设置。在应用RTK 技术进行工程竣工测量时，如测点和已知控制点的距离较长，可以适当增加控制点的布设数量，但要注意控制点间距应符合测量规范要求，并要科学确定测量精度等级。

5.2 坐标系定义

工作人员应建立一个新的工程文件，然后在该文件内完成投影参数以及椭球参数等各项参数的设置。在该文件内还应包括参数设置以及测量成果等不同格式的子文件。通常工程项目在建设中采用的是独立的地方坐标系，而在工程竣工测量中则需要转换坐标参数。RTK 技术的坐标参数转换主要是通过外业采集控制点和内业计算测区参数来实现的。例如在某工程竣工测量中应用了RTK 技术，且接收机为天宝5700 型（可参见图2所示），在其参数转换中可以利用测量控制器完成参数的现场观测和解算。

图2 天宝GPS RTK 测量设备

在施测时应首先进行高程监测点的选择，且监测点数量应达到3 个以上。然后工作人员应将所有监测点坐标输入到RTK 控制器内，并进行逐点定位观测，每一测回的观测时间应达到5min 以上。在完成对测点的定位测量后，即可利用GPS RTK 控制器在现场完成坐标转换处理。不过这种方式会延长现场施测的时间。故能观之人员也可以在完成测点的选择后，以控制点的大地坐标为基础测算其当地坐标，之后再通过内业处理方式对坐标转换参数进行进一步的解算。这种方式那个有效提高坐标转换参数计算的效率和准确性。当完成坐标转换参数的计算后，工作人员可以据此检测各控制的测量数据，以提高工程竣工测量的精度。

5.3 转换参数求解

在应用RTK 技术进行工程竣工测量时应注意，由于其测点坐标一般采用的是Wgs84 坐标系，但是在流动站中应将坐标现实为测点的实时独立地方坐标或者国家坐标体系中的三维坐标值，因此需要对采取点校正处理措施。在点校正处理时，如坐标转换参数已知，工作人员可以利用转换七参数直接向RTK 控制器内属入各项参数，以完成坐标体系转换关系的构建。当在国家坐标体系下进行坐标转换时，如果基准点坐标、投影方式以及椭球参数为已知，工作人员可以对坐标系统直接进行定期，且应在RTK 测量中适当增加点校正数量，以防止过大的投影变形对测量数据的可靠性产生不利的影响。当坐标转换参数未知时，为了能够以局域坐标系等为基础开展工程竣工测量工作，工作人员应在坐标转换中选择点校正方法进行处理，且应有4 个以上水准点参与到高程拟合的点校正中。

5.4 数据采集

在应用RTK 技术进行工程竣工测量时，工作人员在通过流动站开展单点测量时应首先在主菜单叶面打开测量图标，并将测量方式设定为RTK模式。在单点测量时应确保流动站参数设置处于固定解下，之后才能开始正式施测。在测量过程中应结合工程竣工测量的精度要求、可观测卫星数量等合理控制每测回的观测时间，在完成测量后应将观测数据存储在流动站系统内。见图3

图3 测量现场

5.5 倾斜测量

在rtk 测量时，由于受测量的环境因素、接收卫星数及卫星分布因素的影响，测绘时收敛时间较长，有时很难获取固定解，给测量带来很大困难。为改善此情况，多数厂家推出具有倾斜测绘模式的GNSS 接收机，该类设备是在传统GNSS 接收机的基础上加装惯导装置，通过测量天线的空间状态和位置计算跟踪杆底部的准确坐标。倾斜测量一般应用在房屋角点的测量，测绘时首先对仪器进初始化行倾斜测量，确定仪器水平放置的状态，同时对仪器倾斜进行确认，初始化完成后开始测绘。该方式减少了房檐及接收机无法严格放置在墙角带来的测量误差，增加了竣工测量的精度。

结语：

RTK 技术的应用能够极大的提高测量的精度和效率，在工程竣工测量工作中具有明显的技术优势。但是在RTK技术的实际应用中也必须注意到其在工程竣工测量中仍存在一些不足之处，限制了RTK技术在工程竣工测量工程中的进一步推广应用。因此，工程竣工测量工作人员应加强对RTK 技术的研究，不断总结实践经验，以充分发挥RTK 技术优点，并采取有效的应对措施以减少RTK 技术缺点对工程竣工测量的影响，从而推动我国工程竣工测量工作的现代化发展。