淺談RTK 在測(cè)量中的廣泛應(yīng)用

閆界華

0 引言

一個(gè)新的測(cè)繪時(shí)代已經(jīng)到來，那就是RTK測(cè)繪時(shí)代。如今使用RTK測(cè)量就像使用全站儀一樣普及，RTK以其實(shí)時(shí)性、高精度和高效率的顯著特性，在測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。RTK不僅給控制測(cè)量帶來突破，而且給工程放樣、碎部采集、水域測(cè)量、地籍測(cè)量、房產(chǎn)測(cè)繪等廣泛領(lǐng)域帶來了深刻變化?？梢哉fRTK技術(shù)給測(cè)繪工作帶來了一個(gè)革命性的測(cè)量專業(yè)解決方案。

1 RTK技術(shù)概述

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)測(cè)量系統(tǒng)，是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)新突破。RTK測(cè)量技術(shù)是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并且顯示流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度。

RTK測(cè)量系統(tǒng)一般由以下三部分組成:GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。

RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，軟件系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r(shí)解算出流動(dòng)站三維坐標(biāo)的功能，數(shù)據(jù)傳輸可以用無線電臺(tái)，也可以用公用無線通信網(wǎng)，如移動(dòng)GSM/GPRS或聯(lián)通CDMA1X。

RTK測(cè)量分為臨時(shí)基站RTK測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量。臨時(shí)基站RTK測(cè)量多以無線電臺(tái)完成數(shù)據(jù)傳輸，而網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量多以公用無線通信網(wǎng)完成數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)RTK每次測(cè)量不需要架設(shè)基準(zhǔn)站，且服務(wù)半徑達(dá)30 km，效率較高。

RTK測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)成功，為GPS測(cè)量工作的可靠性和高效率提供了保障，這對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和普及具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 RTK的應(yīng)用

2.1 控制測(cè)量

控制測(cè)量的原則是從整體到局部、分級(jí)布網(wǎng)、逐級(jí)控制。一個(gè)測(cè)區(qū)在展開碎部測(cè)量工作之前，首先要根據(jù)測(cè)區(qū)的規(guī)模大小布設(shè)相應(yīng)等級(jí)的首級(jí)控制網(wǎng)，以下逐級(jí)加密至圖根控制點(diǎn)，方可進(jìn)行細(xì)部測(cè)繪。首級(jí)控制網(wǎng)具有控制面積大、精度高、容易保存的特點(diǎn)，但是點(diǎn)之間的跨度大;使用頻繁的還是位于地面的城市Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)或者圖根點(diǎn)。隨著開發(fā)建設(shè)的飛速發(fā)展，這些點(diǎn)常被破壞，從而影響了測(cè)量的進(jìn)度，如何快速精確地提供控制點(diǎn)，直接影響工作的效率。

常規(guī)控制測(cè)量要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且精度不均勻。GPS靜態(tài)測(cè)量，雖然點(diǎn)之間不需通視且精度高，但需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量既能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，又能實(shí)時(shí)知道定位精度，測(cè)一個(gè)控制點(diǎn)在幾分鐘甚至幾秒鐘內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)。無論是數(shù)據(jù)采集還是施工放樣，都要進(jìn)行控制測(cè)量，如果把RTK用于公路控制測(cè)量、電力線路控制測(cè)量、水利工程控制測(cè)量、地籍房產(chǎn)控制測(cè)量、大地測(cè)量，則不僅可以大大減少人力強(qiáng)度，節(jié)省費(fèi)用，而且大大的提高了作業(yè)效率。

顯而易見，應(yīng)用RTK技術(shù)無論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2 地形測(cè)量

無論是過去的平板儀測(cè)圖，還是現(xiàn)在用得最多的電子平板測(cè)圖，都要求測(cè)站與測(cè)點(diǎn)之間通視，至少需要2人～3人操作。如果直接用RTK測(cè)圖的話，可以不布設(shè)各級(jí)控制點(diǎn)，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，便可以高精度并快速的測(cè)定地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，內(nèi)業(yè)由專業(yè)測(cè)圖軟件生成各種比例尺地形圖，大大的提高了測(cè)圖效率。

在地勢(shì)開闊地區(qū)，RTK用于地形測(cè)量顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在城市高樓密集區(qū)，雖然RTK無需點(diǎn)間通視，但是GPS信號(hào)受到影響，在這種情況下，可在附近地勢(shì)開闊處用RTK做控制，然后以導(dǎo)線測(cè)量方法將控制引入測(cè)區(qū)，用全站儀完成地形測(cè)量工作。

利用RTK進(jìn)行水下地形測(cè)量，無需驗(yàn)潮改正，直接利用RTK測(cè)量換能器的平面位置和高程，利用測(cè)深儀測(cè)得水深，輔之以姿態(tài)測(cè)量和補(bǔ)償，計(jì)算獲得高精度的水底點(diǎn)高程。

2.3 放樣測(cè)量

傳統(tǒng)的放樣方法主要有支距法、交會(huì)法、極坐標(biāo)法等。測(cè)距儀的發(fā)明使極坐標(biāo)放樣方法得到了淋漓盡致的發(fā)揮，如果說測(cè)距儀的發(fā)明是測(cè)繪史上的一場(chǎng)技術(shù)的進(jìn)步，那么RTK的應(yīng)用則為施工放樣模式帶來了一場(chǎng)技術(shù)的革命。

RTK測(cè)量技術(shù)用于市政道路中線或電力線中線放樣，放樣工作一人也可完成。將線路參數(shù)如線路起終點(diǎn)坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等輸入RTK的外業(yè)控制器，即可放樣。放樣方法靈活，既能按樁號(hào)也可按坐標(biāo)放樣，并可以隨時(shí)互換。放樣時(shí)屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動(dòng)，直到誤差小于設(shè)定的數(shù)值為止。

在建筑物規(guī)劃放線中，放線點(diǎn)既要滿足城市規(guī)劃條件的要求，又要滿足建筑物本身的幾何關(guān)系，放樣精度要求較高。使用RTK進(jìn)行建筑物放樣時(shí)需要注意檢查建筑物本身的幾何關(guān)系，對(duì)于短邊，其相對(duì)關(guān)系較難滿足。

在放樣的同時(shí)，需要注意的是測(cè)量點(diǎn)位的收斂精度，如果點(diǎn)位收斂精度不高的情況下，強(qiáng)制測(cè)量則有可能帶來較大的點(diǎn)位誤差。在點(diǎn)位精度收斂高的情況下，用RTK進(jìn)行規(guī)劃放線一般能滿足要求。

2.4 地籍和房產(chǎn)測(cè)量

應(yīng)用RTK技術(shù)能以厘米級(jí)精度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將RTK測(cè)定的數(shù)據(jù)處理后直接錄入GIS系統(tǒng)，可及時(shí)地精確地獲得地籍和房產(chǎn)圖。當(dāng)然在影響GPS衛(wèi)星信號(hào)接收的遮蔽地帶，仍需采用常規(guī)測(cè)量手段補(bǔ)測(cè)。

在土地分類及權(quán)屬調(diào)查時(shí)，應(yīng)用RTK技術(shù)可實(shí)時(shí)測(cè)量權(quán)屬界限、土地分類修測(cè)，在建設(shè)用地勘測(cè)定界測(cè)量中，RTK技術(shù)可實(shí)時(shí)地測(cè)定界址點(diǎn)坐標(biāo)，確定土地使用界限范圍，計(jì)算用地面積，可實(shí)時(shí)進(jìn)行檢核計(jì)算，避免了常規(guī)解析放樣的復(fù)雜性，提高了測(cè)量速度和精度。

在土地利用動(dòng)態(tài)檢測(cè)中，應(yīng)用RTK新技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)又提高檢測(cè)速度和精度，省時(shí)省工，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保證了土地利用狀況調(diào)查的現(xiàn)實(shí)性。

2.5 航空攝影測(cè)量

航空攝影飛行必須按航攝計(jì)劃中的要求，在一定的高度沿設(shè)計(jì)的航線飛行，以保證所得影像具有一定的攝影比例尺、航向重疊度及旁向重疊度。隨著RTK的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在已普遍使用RTK技術(shù)進(jìn)行航空攝影導(dǎo)航。

像控點(diǎn)測(cè)量是航空攝影測(cè)量外業(yè)主要工作之一，傳統(tǒng)的方法要布設(shè)大量的導(dǎo)線來測(cè)量部分平高點(diǎn)，內(nèi)業(yè)再空三加密。采用RTK技術(shù)測(cè)量，只需在測(cè)區(qū)內(nèi)或測(cè)區(qū)附近的高等級(jí)控制點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站(若測(cè)區(qū)內(nèi)或測(cè)區(qū)附近無高等級(jí)控制點(diǎn)，可先加密)，流動(dòng)站直接測(cè)量各像控點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程，對(duì)不易設(shè)站的像控點(diǎn)，可采用手簿提供的交會(huì)法等間接的方法測(cè)量。

像控點(diǎn)的精度要求對(duì)于RTK測(cè)量來說是不難達(dá)到的。與傳統(tǒng)作業(yè)相比較，它不需要逐級(jí)布設(shè)控制點(diǎn);與靜態(tài)GPS測(cè)量相比，縮短了作業(yè)時(shí)間，因而大大提高了作業(yè)效率，功效至少提高3倍～5倍。

3 作業(yè)時(shí)需注意的問題

首先，基準(zhǔn)站要選擇在周圍沒有遮擋的開闊地方，以使基準(zhǔn)站能夠接收到盡可能多的GPS衛(wèi)星信號(hào);考慮到電磁波干擾及湖面、水面及建筑物等帶來的多路徑效應(yīng)，基準(zhǔn)站要遠(yuǎn)離微波塔、通信塔等大型電磁發(fā)射源200 m外，要遠(yuǎn)離高壓輸電線路、通訊線路50 m外;為了增大基準(zhǔn)站無線電有效的發(fā)射距離，要盡可能把基準(zhǔn)站選在地勢(shì)較高的地方，并架設(shè)穩(wěn)定牢固，觀測(cè)期間不能有輕微晃動(dòng)，以免影響測(cè)量精度。

用移動(dòng)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，基準(zhǔn)站必須選擇在測(cè)區(qū)有移動(dòng)通信接收信號(hào)的位置。每次作業(yè)開始前或重新架設(shè)基準(zhǔn)站后，均應(yīng)進(jìn)行至少一個(gè)同等級(jí)或高等級(jí)已知點(diǎn)的檢核，平面坐標(biāo)較差不應(yīng)大于7 cm。

其次，平面轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，應(yīng)采用不少于3點(diǎn)的高等級(jí)起算點(diǎn)兩套坐標(biāo)系成果，所選起算點(diǎn)應(yīng)分布均勻，且能控制整個(gè)測(cè)區(qū)。求解高程轉(zhuǎn)換參數(shù)則需要聯(lián)測(cè)4個(gè)已知高程點(diǎn)，聯(lián)測(cè)的所有已知點(diǎn)應(yīng)分布均勻，且能覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。為了提高WGS-84坐標(biāo)系與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系數(shù)學(xué)模型的擬合程度，進(jìn)而提高待測(cè)點(diǎn)的精度，通常要聯(lián)測(cè)盡可能多的已知點(diǎn)。

轉(zhuǎn)換參數(shù)的求得通常有兩種方法:

1)充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料，將多個(gè)已知點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)與相應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)輸入電子手簿中，利用內(nèi)置軟件，經(jīng)平差解算出轉(zhuǎn)換參數(shù);

2)將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)或未知點(diǎn)上，流動(dòng)站依次測(cè)量各已知點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，再將各已知點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的平面坐標(biāo)和高程輸入手簿中進(jìn)行點(diǎn)校正，剔除校正殘差比較大的已知點(diǎn)，從而解算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

第三，RTK進(jìn)行控制點(diǎn)測(cè)量時(shí)，應(yīng)采用三角架對(duì)中、整平，宜3個(gè)控制點(diǎn)為一組布設(shè)，并且互相通視。每個(gè)控制點(diǎn)應(yīng)不少于2次觀測(cè)，每次觀測(cè)歷元數(shù)不少于 20個(gè)，PDOP＜5，衛(wèi)星高度角15°以上，至少6顆有效衛(wèi)星狀態(tài)下作業(yè)，邊長(zhǎng)控制在120 m以上。RTK進(jìn)行碎部測(cè)量時(shí)，不宜在隱蔽地帶、成片水域和強(qiáng)電磁波干擾源附近觀測(cè)，在信號(hào)受影響的點(diǎn)位，為提高效率，可將儀器移到開闊處或升高天線，待數(shù)據(jù)鏈鎖定后，再小心無傾斜地移回待定點(diǎn)或放低天線，一般可以初始化成功。

4 結(jié)語(yǔ)

RTK技術(shù)可用于四等以下控制測(cè)量、工程測(cè)量的工作。RTK配合一定的測(cè)圖軟件，可以測(cè)設(shè)各種地形圖，如普通測(cè)圖;線路帶狀地形圖的測(cè)設(shè);配合測(cè)深儀可以用于水下地形圖;航海海洋測(cè)圖等。在外業(yè)可直接設(shè)計(jì)線路，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍。由于RTK在行進(jìn)中不斷計(jì)算測(cè)站位置、偏移量及填/挖方量，此時(shí)放樣可以與設(shè)計(jì)很好的結(jié)合起來。由于RTK數(shù)據(jù)鏈的傳播限制和定位精度要求，RTK測(cè)量一般不超過10 km，但在中小比例尺測(cè)圖時(shí)，在等高距大于2 m時(shí)，可將測(cè)距放寬至不大于15 km，網(wǎng)絡(luò)RTK在服務(wù)范圍內(nèi)不受距離的限制。RTK測(cè)量時(shí)應(yīng)視測(cè)量目的、要求精度、衛(wèi)星狀況、接收機(jī)類型、測(cè)區(qū)已有控制點(diǎn)情況及作業(yè)效率等因素綜合考慮，按照優(yōu)化設(shè)計(jì)原則進(jìn)行作業(yè)。在進(jìn)行RTK作業(yè)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真總結(jié)作業(yè)方法，統(tǒng)計(jì)測(cè)量精度，做好測(cè)量報(bào)告的編寫工作。充分利用GPS技術(shù)，發(fā)揮高新技術(shù)RTK的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為測(cè)繪工程服務(wù)。

[1]CJJ 8-99，城市測(cè)量規(guī)范[S］.

[2]GB 50026-93，工程測(cè)量規(guī)范[S］.

[3]GB/T 18314-2001，全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S］.

[4]CH/T 2009-2010，全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)測(cè)量技術(shù)規(guī)范[S］.

[5]康慧明，楊茂盛，張 淼.GPS RTK技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用分析[J］.山西建筑，2010，36(17):357-358.

[6]唐健鴻.淺談RTK在山區(qū)公路測(cè)量中的運(yùn)用與注意事項(xiàng)[J］.山西建筑，2011，37(1):199-200.