浅谈城市RTK测量的方法

摘要：本文总结了GPS RTK技术在城市测量方面的使用方法。通过GPS RTK原理和技术分析，对RTK的特性和使用方法做了阐述。并通过实例浅谈城市RTK测量的方法和体会。

关键词：RTK技术，城市测量， GPS应用

Abstract: this paper summarizes the GPS RTK technology in city survey use method. Through the GPS RTK principle and technical analysis of the characteristics and method of use RTK paper. And through the example of the measurement on city RTK methods and experience.

Keywords: RTK technology, city measurement, GPS application

中图分类号：F291.1文献标识码：A 文章编号：

概述

GPS是Global Positioning System（全球定位系统）的简称。它是一套利用美国GPS卫星导航系统进行全天候、全方位的测量定位设备。GPS卫星导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据获取接收机的具置。GPS性能好，精度高，是迄今最好的导航定位系统。GPS与现代通信技术相结合，使得测定地球表面三维坐标的方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位与导航，极大地扩展了它的应用广度和深度。

根据GPS提供的坐标或坐标演变量精度和方式的不同可以分为毫米级，厘米级，静态，动态后处理，RTK，RTD等几种设备分类和测量技术方式。

而本文介绍的RTK技术又称载波相位动态实时差分技术，其实时动态定位技术效率高，可以在作业现场提供经过检验的测量成果，能够在满足精度的前提下，摆脱后处理的负担和外业返工的困扰。现在GPS RTK技术已广泛应用于城市测量领域。本文主要通过在城市中心区进行RTK测量工作体会来探讨RTK技术在城市测量中的方法。

1 RTK测量方法

RTK测量作业中，通常由1台基准站接收机和1台或多台流动站接收机以及用于数据传输的电台组成。基准站作用是通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。在测量工作开始前，将一些必要的数据输入GPS手簿，如基准站的坐标、高程、坐标系转换参数、水准面拟合参数等；流动站接收机在若干个待测点上设置。

启动基准站和移动站后，基准站与流动站保持同时跟踪至少4颗以上的卫星，基准站不断地对可见卫星进行观测，将接收到的卫星信号通过电台发送给流动站接收机，流动站接收机将采集到的GPS观测数据和基准站发送来的信号传输到控制手簿，组成差分观测值，进行实时差分及平差处理，实时得出本站的坐标和高程。

基准站一般可架设在已知或未知点上。现以架设在已知点(平面坐标或高程已知)上为例，基准站点位一般位于测区中间，视野开阔，周围无高大的树木、楼房等建筑物影响，远离强电磁波发射源和大面积的水面。

值得注意的是，如果事先没有WGS-84坐标系与当地坐标系的转换参数，可以将基准站架设在符合上述条件的未知点上，然后求解转换参数。求解平面转换参数，至少要联测两个平面坐标点，而求解高程转换参数则需要联测三个高程点。为了提高WGS-84坐标系与当地坐标系数学模型的拟合程度，提高待测点的精度，通常要联测尽可能多的已知点，转换参数的求得通常有两种方法：第一种是充分利用城市当地GPS控制网资料，将多个已知点的WGS-84坐标与相应的当地坐标输入电子手簿中，基准站架设在已知点上实地虚拟联测，解算出转换参数；第二种是把基准站架设在已知点或未知点上，GPS接收机（移动站）依次测量各已知点的地心坐标，然后将各已知点所对应的当地坐标系的平面坐标和高程输入手簿中进行点校正，淘汰校正残差比较大的已知点，从而解算出两坐标系之间的转换参数。

2 RTK测量实例（平面）

在某城市中心城区1:500地形图测量中，由于测区位居城市中心建筑较密集，通视困难，故选择采用RTK的技术进行测量较为方便和合理。

根据测区实际情况，把基准站设置在测区的中部，一个8层商品楼楼顶，周围没更高建筑阻挡和强电磁波发射源，与已知点的距离在2千米半径范围内。决定联测当地4个E级GPS点，采用两台双频GPS接收机（移动站）实时动态测量模式。

布置联测测量点时为了方便之后测图使用和便于RTK测量等因素，尽量避开高压线、高大建筑物等因素对GPS接收机的影响。

RTK控制测量时，首先用已知控制点建立投影的局部归化参数，仪器将直接记录坐标，然后查看解算后每个控制点的水平残差。为了提高待测点的观测精度，将天线设置在对点器上，观测时间大于20秒，采用不同的时间段进行两或三次观测取平均值。接收机内精度指标预设为点位中误差±1.5cm，观测中，取平面误差小于±1.0cm时进行记录。

经过RTK测量后该点两次观测值平面坐标较差最大值为2cm，最小值为0.2cm。考虑到两次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度双观测值的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。观测值中误差为±0.9cm，平均值中误差为±0.6cm。根据《城市测量规范》（GB50026-93）中最弱点的点位中误差(相对于起算点)不大于±5cm的要求，检验为数据合格。

然后GPS接收机（移动站）开始进行碎部点测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，采集完将数据格式转换为“点号，东坐标，北坐标，高程”形式，保存到硬盘，使用CASS成图软件经过成图处理，生成数字化地形图。

在测区内较为开阔的区域进行数据采集时， RTK的采点速度相当快，由于初始化速度快并且在线运动过程中不失锁，每个碎部点采集时间都可在几秒中完成，充分发挥RTK了快速高精度定位的优势，明显比传统测量方法优胜，人员少，费用省，效率高。

实际操作中由于测区位于城区中心，有部分的测区范围里面由于楼房等建筑物影响而导致RTK的数据采集出现障碍，如失锁或初始化速度慢等。此时就应用全站仪结合RTK的测量方法，把全站仪安放于此前联测布置的控制点上，进行碎部测量。

3 综述

RTK技术操作简便，灵活方便，能快速、准确地测定图根点、碎部点的坐标，实时提供精度可达厘米级经检核的坐标。与传统的测图方法相比，人员少，费用省，效率高。实际操作中应根据测区的实际情况选择合适的坐标转换参数求解方法，参与坐标转换的已知点应在3个以上，且分布要均匀，做到在满足精度要求的情况下，尽可能的减少外业的工作强度。城市测量工作中， RTK技术可以替代全站仪进行图根导线测量，所测范围内在不通视的条件下测定无累积误差的图根点，机动灵活，在建筑物不太稠密的居民区和工业区，RTK能快速地完成碎部测量作业。而在个别高大建筑物附近或建筑稠密地区，GPS出现盲区，初始化时间长或失锁，影响碎部测量速度，可采用RTK配合全站仪测量碎部点的方法，从而快速地完成野外作业，大大提高外业测图的工作效率。

参考文献

1 徐绍铨．GPS测量原理及应用．武汉大学出版社，2001

2 魏二虎, 黄劲松．GPS测量操作与数据处理．武汉大学出版社，2004

3 城市测量规范．中华人民共和国建设部，1999

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。