谈谈RTK 技术在工程测量的应用

　　摘要: GPS-RTK作为一种新型的测量技术，凭借其多方面的优越性，在测量领域RTK技术是GPS应用的重大里程碑，正在越来越多地应用到测量工作中。

　　关键词: GPS-RTK;工程测量;质量

　　引言

　　GPS-RTK作为一种新型的测量技术，凭借其多方面的优越性，在测量领域RTK技术是GPS应用的重大里程碑，正在越来越多地应用到测量工作中。在工程测量中，常规地面测绘主要利用全站仪、水准仪等地面测量仪器，并结合其他测量工具进行，但存在着野外工作量大、效率低、现场测量成果不直观、自动化程度较低等诸多缺点，并受到测区内的通行、通视条件的影响。实时动态载波相位测量技术具有实时、快速、精度好、外业工作量小、自动化程度高等优点，能有效克服常规工程测量方式中存在的一些问题，开辟了一种全新的、高效的测量模式。

　　1 GPS-RTK (实时动态)

　　1.1 GPS-RTK 基本原理

　　GPS-RTK 是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时地提供观测点的三维定位结果。它由 3 部分组成:

　　1) 基准站。

　　双频 GPS 接收机;

　　2) 流动站。

　　双频 GPS 接收机、实时差分软件系统;

　　3) 数据链。

　　基准站及流动站上配置的数据电台或 GSM 手机。具体步骤是: 取点位精度较高的控制点作为基准点，安置一台接收机作为基准站对卫星进行连续观测，基准站把 GPS 观测值和所设站的已知坐标数据通过数据链发送给流动站，流动站在接收 GPS 卫星信号的同时接收来自基准站的数据，并由软件系统根据相对定位的原理进行差分及平差处理，实时解算出流动站的三维坐标及精度。

　　1.2 GPS-RTK 测量的作业流程

　　1) 收集控制资料。

　　根据工程需要收集当地的高等级已知控制点，并对其进行检查以保证起算数据准确可靠。

　　2) 基准站的设置。

　　由于收集的已知控制点在多数情况下并不便于直接使用，需要在测区内布设若干加密控制点作为基准站的位置，联测其坐标与高程。再在基准站上安置接收机，配置正确的参数。

　　3) 流动站的设置。

　　在流动站上安置 GPS 接收机并进行初始化。流动站可处于静止状态或运动状态; 可以在一个固定点上初始化后再进行动态作业，也可以在动态条件下进行初始化。

　　4) 坐标系统转换。

　　一般工程中选用地方独立坐标系，而 GPS 实测的坐标为WGS-84 坐标系，为统一坐标参照系，需计算坐标转换参数。若该地区已经进行过静态控制网测量，可直接得到转换关系; 若没有，则需要采用现场点校正的方式，利用三个以上的控制点进行 RTK参数修正。求出坐标转换参数后，利用 RTK 设备中测量控制器即可实时解算出定位点的独立坐标。

　　5) 流动站测量定位。

　　坐标转换参数确定无误后，即可在测区根据工程需要进行实时的单点测量或放样定位测量等工作。

　　1.3 GPS-RTK 测量的技术特点

　　1) 测量过程直观透明，可实时动态显示的测量成果。能够及时查看坐标定位精度，并使三维实时动态放样、快速成图等问题得以解决。

　　2) 观测时间短。在观测条件良好时，可在 2 s ～ 5 s 内求得高精度的测点三维坐标。

　　3) 全天候作业。只要在测点能够接收到 4 颗 GPS 卫星信号，则在任何时间连续地进行作业。

　　4) 操作简便，自动化程度高，大幅度减少劳动工作量。GPS-RTK 测量已基本实现了智能化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高，打开电源即可进行自动观测。

　　5) 测站之间无需通视，适应各种地形。各站之间是相互独立的观测值，误差不会积累传播。

　　2 GPS-RTK 技术在工程测量中的实际应用分析

　　GPS-RTK 测量技术以其快速、实时、自动、高效等特点被广泛应用于水利、道路、桥梁、隧道等工程建设的测量中。

　　2.1 普通控制测量

　　在普通控制测量中，采用 GPS-RTK 技术可连续测设加密控制点的三维坐标，以满足局部区域使用全站仪进行分项工程测量的需要。

　　2.2 数字化地形图测量

　　采用 GPS-RTK 测图，大大减少了测图所需的控制点数目，改变了传统的“先控制、后测图”的测量方式。只需单人采集点位坐标数据，再导入到数字化软件中，即可生成各种比例尺的地形图，劳动力大大减少，有效提高了测图效率。

　　2.3 水下地形测量

　　水下地形测量的工作环境复杂。传统方法多采用六分仪、三杆分度仪、全站仪配合测深仪进行测量，但测量精度并不高，测区有限，工作量大。若采用水下 GPS-RTK 测量仪器，与测深仪和笔记本电脑连接在一起，GPS 对测量船进行定位，并指导测量船在制定测量断面上航行，GPS 和测深仪将实时测得的数据导入电脑中，由海洋测量软件进行处理生成水下地形图，并进行绘制。

　　2.4 地籍测量

　　GPS-RTK 技术可实时测定每一宗土地的权属界址点的位置，将获取的数据处理后导入 GPS 系统中即可及时得到地籍图。在GPS 信号不稳定的地带，应结合全站仪、测距仪等工具进行细部测量工作。

　　2.5 施工放样测量

　　RTK 随机软件中包含放样的功能，可进行点、直线、曲线的施工放样测量。在测量控制器中输入事先设计好的点、线路要素，即可自动生成对应的放样点，控制器通过实时显示测点里程和偏移距离指导放样工作。

　　2.6 纵、横断面测量

　　在道路、隧道、桥梁等工程中，均需要测量纵横断面。常规的地面测量方法效率低。在事先完成线路的放样工作后，系统可根据放样点，自动生成纵、横断面，大幅度减少外业工作量，若需要进行现场测量时，也可采用 GPS-RTK 技术。

　　3 质量影响因素及控制方案

　　3.1 受限因素

　　1) 受卫星状况的限制。

　　卫星信号容易被建筑物、树木等遮挡，使作业时间受到限制。

　　2) 受天空环境的影响。

　　白天中午时，受电离层干扰大，共用卫星数目减少，使得初始化时间长甚至不能初始化。测量时可避开这个时间段。

　　3) 数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小。

　　数据链容易受到障碍物的干扰，使信号在传输过程中衰减严重，影响测量精度和作业半径。因此基准站的位置应设在测区中央的最高点，以覆盖尽可能广的范围。

　　4) 初始化能力和所需时间问题。

　　在山区、高楼密集区，GPS 卫星信号容易被阻挡，导致失锁、初始化丢失等问题。应选用初始化能力强、所需时间短的机型进行改善。

　　5) 精度和稳定性问题。

　　由于 RTK 受限制的因素多，导致其测量的精度和稳定性不及全站仪强。应选用精度和稳定性好的机型，并通过布设多余控制点来进行质量控制。

　　3.2 测量成果的质量控制

　　影响测量成果质量的因素较多，在测量中必须进行质量控制。

　　主要方法有:

　　1) 选用精度和稳定性较好的机型，避免因机器性能不足带来的质量问题。

　　2) 已知点检核比较法。在布测控制网时用静态 GPS 或全站仪测出多余控制点，与 RTK 测量的结果进行比较，以发现问题。该方法可靠，但受控制点的数目限制。

　　3) 重测比较法。每次初始化后，对一两个已测过的 RTK 点或高精度控制点进行重测，确保无误后再进行 RTK 测量。一般在没有控制点的地方采用此法。

　　4 结束语

　　GPS-RTK 能实时地定位出所在位置的三维坐标，可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。以其快速、高效、节省人力、不受天气、地形和通视等条件的限制，被广泛的应用于路线、桥梁、隧道等工程勘察。

　　但在测量时需要注意以下几点:

　　1) 测量时应先等 GPS 稳定 20 min 后再开始 RTK 方式测量，否则会存在较大的误差。

　　2) 电台信号不能太远，否则会影响解算速度和精度。因此，在采用 RTK 方式作业时，要时刻注意质量控制问题