浅谈在工程测量中GPS—RTK测量技术

【摘要】本文结合笔者多年来的工作经验，详细阐述了RTK技术概况及其特点，结合工程测量中的应用情况，分析了RTK测量技术，以供同行参考。

【关键词】工程测量；放样；RTK技术；RTK的应用

1、引言

GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统新技术的出现，是测绘工作的一次革新，给测绘工作带来了极大的方便。并且可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标。常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Real-timekine-matic）方法，是GPS应用的重大里程碑。而GPSRTK的成果甚至可以在不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，在通视条件良好的状况下.就可以高精度并快速地测定地形点，地物点，甚至（不包括建筑物内）的界址点测量工作，利用测图软件在野外一次性电子成图并绘成各类所需的不同比例尺的地形图。然后通过计算机和绘图仪、打印机输出为各种比例尺的图件。对GPSRTK技术进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（如伪距或相位观测值）及已知数据（如基准站点坐标）实时传输给流动站GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到四颗卫星后，可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。RTK技术的出现为工程放样、地形测图及各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率，因而广受人们的青睐。

2、RTK技术概况

RTK又称为载波相位差分技术。能够实时提供测点在指定坐标系的三维坐标成果，在测程20km以内可达厘米级精度。高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站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。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。

3、GPS—RTK应用于工程测量中的优点

相对于常规测量来说，GPSRTK用于工程测量主要有以下特点：

1）测量精度高。GPSRTK观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1@10-6，在大于1000km的基线上可达1@10-8。

2）测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。

3）观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。

4）仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。

5）全天候作业。GPS卫星数目多且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。

6）提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。

4、RTK技术在工程测量中的应用

RTK定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在工程测量中的应用可以覆盖控制测量、碎部测量、施工放样、变形监测等诸多领域。

4.1控制测量

控制测量是工程建设、管理和维护的基础，控制网的网型和精度要求与工程项目已的性质、规模密切相关。城市控制网具有面积大、精度高、使用频繁等特点，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度。一般的工程控制网覆盖面积小、点位密度大、精度要求高。用常规控制测量如：导线测量、边角网、且多数需要分段施测，以避免积累过大的误差，费工费时，且精密度不均匀。

如何快速精确地提供控制点，直接影响工作的效率。采用RTK技术测量，只需在测区内或测区附近的高等级控制点架设基准站，用流动站直接测量个控制点的平面坐标和高程，对不易设站的控制点，可采用手薄提供的交会法等间接的方法测量。采用RTK技术，可以保证达到毫米级精度。与传统作业相比较，由于点与点之间不需要通视，可以铺设很长的GPS点构成的三角锁，对于建立工程勘探、施工控制网和变形监测控制网等具有显著的优势。还可以保持长距离线路坐标控制一致性，同时还具有点位选择限制少、作业时间短、成果精度高、工程费用低等有点，对于建立工程勘探、施工控制网和变形监测控制网等具有显著的优势。与静态GPS测量相比，能实时知道定位结果，不需事后进行数据处理，也不会出现内业精度不符合要求返工的情况，缩短了作业时间，因而大大提高了作业效率，功效至少提高3～5倍。

4.2碎部测量与放样

RTK技术还可应用于测绘地形图、地籍测量、房产测量的界址点测量、平面位置的施工放样等。传统的平板仪测图、电子平板测图，需要布设图根控制点，并要求测站与所测点之间能通视，至少需要2～3人操作。如果直接用RTK测图的话，可以不布设各级控制点，测图时仅需一个人背着仪器在要测的碎部点上呆上1、2s并同时输入特征编码，通过电子手簿或便携微机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形地物点位测定后回到室内或在野外，由专业测图软件可以输出所要求的地形图。由于只需要采集碎部点的坐标和输入其属性信息，而且采集速度快，大大降低了测图的难度，既省时又省力。采用RTK技术进行放样，只需将参数如放样起点终点坐标、曲线转角、半径等输入RTK的外业控制器，即可放样。放样方法灵活，可以按桩号也可以按坐标放样，并能随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量额偏移方位，便于前后左右移动，直到误差小于设定值为止。由于每个点位的测量都是独立的完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。不像常规放样那样，需要后视方向、用解析法标定，因而简捷易行。