探讨RTK技术在市政工程测量中的应用

摘要：对RTK的基本原理和技术优点进行较为详细的介绍，以实例证明RTK的测量精度，同时阐述RTK的不足之处以及在市政工程测量中具体应用时的质量控制措施。

关键词：差分；RTK；整周模糊度；OTF；数据链

一、引 言

随着国民经济的快速增长，城市基础设施建设规模日益加大，市政工程测量行业迎来了前所未有的发展机遇。尽管目前市政工程测量行业中已采用电子全站仪等先进仪器设备，但传统的测量方法受通视状况和作业条件的限制，作业强度大且效率低，已经不能满足现代社会对市政工程测量的要求，面临着严峻的市场挑战。因此GPS进入市政工程测量领域成为历史发展的必然。当前，用GPS静态或快速静态方法建立总体控制测量的方法已经被人们所接受，并应用于生产实践中，但这仅仅是GPS在市政工程测量中应用的初级阶段，市政工程测量的技术潜力蕴藏于RTK技术的应用之中。

二、RTK的基本原理

目前GPS系统提供的定位精度是优于10 m，而为了得到更高的定位精度，必须采用差分GPS技术：我们通常所说的RTK(Real Time Kinematic)技术就是差分技术中的载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法，即将一台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行观测，将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上，再通过基准站电台发射出去；流动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时，也通过流动站电台接收由基准站电台发射的信号，经解调得到基准站的载波相位观测量；流动站的GPS接收机再利用OTF(运动中求解整周模糊度)技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度，最后求出厘米级精度流动站的位置。

RTK的关键技术是初始整周模糊度的快速解算，数据链传输的高可靠性和强抗干扰性。RTK系统原理虽然很复杂，但从应用的角度来讲，还是相当简单和方便的，只要接收到足够数量的卫星且卫星具有较好的几何分布，并且基准站与流动站间的数据通讯良好，就可以进行测量。目前，RTK技术已经渗人到国民经济和社会生活的各个方面，并且正在发挥着越来越重要的作用。

三、RTK技术优点

市政工程测量有其自身的特点，一般来讲都为狭长的带状，如果全部利用静态GPS进行首级布控后再用导线加密，或者全部用静态GPS进行测量，工作量将成倍增加，很难满足工程进度的要求。

另外，由于土地资源的稀缺性，导致业主和设计单位对地形图测量的精度要求越来越高，大量的控制性地物都要求达到优于分米级的精度，地形测量的工作量大大增加。RTK的应用恰好解决了上述问题。

RTK可以完成图根控制、地形图测绘、中桩测量、纵横断面测量等工作。测量时间2～4 S，精度就可以达到1～3 cm，且整个测量过程不需通视，有如下常规测量仪器不可比拟的优点：

1．作业效率高。在一般的地形地势下，高质量的RTK基准站设站一次即可测完4 km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，彻底摆脱了由于粗差或误差累积造成的返工，提高了工作效率。

2．定位精度高，数据安全可靠，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(一般为4km)，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级，其精度和效率是常规测量所无法比拟的。

3．降低了作业条件要求。RTK不要求两点间通视，只要求满足两点间“电磁波通视”，因此，和传统测量相比，RTK受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速高精度定位作业，使测量工作变得更容易、更轻松。

4．作业自动化、集成化程度高。测绘功能强大流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作大大减少，减少了人为误差，保证了作业精度。

5．操作简便，容易使用，具有可视性，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量坐标或进行坐标放样；可以实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果。

6．数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机及其他测量仪器通讯。

四、RTK的精度分析

RTK应用于市政工程测量领域还是一种新兴的技术，对于习惯于以前的作业方法和仪器设备的老测量工作人员来说，一时之间还难以接受，其准确度和可靠程度也遭到怀疑。表1以某路的一级附合导线控制成果同RTK的复测比较结果来说明RTK的精度和性能。

表1：图根导线点与RTK复测成果对比表

两种测量方法的成果，坐标最大差值为2．97 cm。由此可以看出RTK完全能满足图根控制、地形图测绘和中桩测设的规范精度要求。如果再辅以一定的质量控制措施和检验措施，RTK成果的测量精度有望达到二级导线的规范精度要求。需要说明的是，RTK测设的相邻点间由于没有发生直接联系，所以相邻点仅仅是地理位置上的相邻，与常规导线测量的“相邻点”具有完全不同的内涵，其精度与任意非相邻点并无差别。对于短边相邻点而言，因为其边短反而使其边长相对误差显得更大一些，因此，不应以导线相邻点边长相对误差等指标作为衡量RTK相邻点精度的指标。

五、RTK的不足之处

RTK作为一种先进的测量技术，在市政工程测量中所发挥的巨大作用是有目共睹的，但它也并不是万能的，它也有其自身的局限性：

1．受卫星分布状况限制。当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段内仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。

2．受天空环境影响。中午受电离层干扰大，共用卫星数少，常接收不到5颗卫星，因而初始化时间很长甚至不能初始化，以至于无法进行测量。

3．数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小。RTK数据链传输易受到障碍物如山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径，在地形起伏高差较大的山区和城镇高楼密布区数据链传输信号受到限制。另外，当RTK作业半径超过一定距离(一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同)时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这一点。

4．初始化频繁。在山区或城镇高楼密布区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁。采用RTK作业时有时需要经常重新初始化，测量的精度和效率都受影响。

5．存在高程异常问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但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，有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至水准高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。

6．耗电量较大，需要多个大容量电池才能保证连续作业

7．精度和稳定性仍存在问题。由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故，RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪，特别是稳定性方面。

六、RTK测量成果的质量控制

尽管RTK技术在市政工程测量中的应用还有很多局限和不足之处，和GPS静态测量以及全站仪相比，RTK测量出错几率较多，但只要我们善加利用，在使用过程中针对不同的情况采取不同的质量控制措施，从各个方面做好RTK测量成果的质量控制工作，RTK还是会很好地为测量工作服务的。

1．选用精度和稳定性都较好的高质量机种，选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。

2．选择作业时段。尽量避开中午，早出工，晚收工，利用良好时段进行RTK测量，这样不仅效率快而且精度高。

3．把基准站布设在测区中央的最高点上。

4．在布设测量控制网时，利用静态GPS或全站仪多布设一些控制点，作为RTK测量成果质量控制的检核点。

5．每次初始化成功后，先重测l～2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后再进行RTK测量。

6．在测区内建立两个以上基准站，每个基准站采用不同的频率发送数据，流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的数据从而得到两个以上解算结果，比较这些结果就可发现问题并采取相应的措施改正。

以上方法中，最可靠的是在已知点进行检核，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较来检验测量成果，在具备一定的仪器条件情况下，建立多个基准站，电台变频检测的实时性非常好，便于及时发现问题，解决问题，对经济状况较好的企业来说是一个不错的选择。

七、结束语

RTK技术在市政工程测量中的应用，对市政工程测量的手段和作业方法产生了革命性的变革，极大地提高了测量精度和效率。随着社会的进步和科技的发展，特别是网络RTK技术的不断完善，其性价比会越来越高，现存的各种弊端会被逐渐削弱或消除，在社会的各个领域中将得到更加广泛的应用，特别是在市政工程测量领域将会有更加广阔的发展空间，必将逐渐取代常规测量，成为测量技术发展的趋势。

注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开

嘉兴市规划设计研究院有限公司徐鹏勇