談ＲＴＫ在城市測(cè)量中的應(yīng)用

嚴(yán)立剛

摘要：RTK技術(shù)，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。文章闡述了RTK的含義、系統(tǒng)的組成以及其在測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際舉例其在城市測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：RTK；GPS；城市測(cè)量

引言隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的快速發(fā)展，RTK（Real Time Kinemati c）測(cè)量技術(shù)也日益成熟，RTK測(cè)量技術(shù)逐步在測(cè)繪中得到應(yīng)用。RTK測(cè)量技術(shù)因其精度高、實(shí)時(shí)性和高效性，使得其在城市測(cè)繪中的應(yīng)用越來越廣。

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)，其基本思想是：在基準(zhǔn)站上設(shè)置1臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在用戶站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)地解算整周模糊度未知數(shù)并計(jì)算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。通過實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站與用戶站觀測(cè)成果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功，從而減少冗余觀測(cè)量，縮短觀測(cè)時(shí)間。

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)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺(tái)與流動(dòng)站的接收電臺(tái)組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備。

軟件系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r(shí)解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)的功能。

RTK 測(cè)量技術(shù)除具有GPS測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)具有觀測(cè)時(shí)間短，能實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)實(shí)時(shí)解算的優(yōu)點(diǎn)，因此可以提高生產(chǎn)效率。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位如采用快速靜態(tài)測(cè)量模式，在15km范圍內(nèi)，其定位精度可達(dá)1～2cm，可用于城市的控制測(cè)量。

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技術(shù)的應(yīng)用

2.1 控制測(cè)量為滿足城市建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)測(cè)繪的需要，城市控制網(wǎng)具有控制面積大、精度高、使用頻繁等特點(diǎn)，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)導(dǎo)線大多位于地面，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，這些點(diǎn)常被破壞，影響了工程測(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)量如導(dǎo)線測(cè)量，要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，且精度不均勻。GPS靜態(tài)測(cè)量，點(diǎn)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)將無論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.2像控點(diǎn)測(cè)量像控點(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3～5倍。

2.3 線路中線定線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，即能按樁號(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)定的為止。

2.4 建筑物規(guī)劃放線建筑物規(guī)劃放線，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。

2.5 用地測(cè)量在建設(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，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)，提高了測(cè)量速度和精度。

2.6 其他方面測(cè)量RTK技術(shù)還可用于地形測(cè)量、水域測(cè)量、管線測(cè)量、房產(chǎn)測(cè)量等方面。用RTK測(cè)圖，可不用布設(shè)圖根控制，僅依據(jù)少量的基準(zhǔn)點(diǎn)，即可直接測(cè)定地形地物點(diǎn)坐標(biāo)，如果用專業(yè)測(cè)圖軟件，通過電子手簿記錄即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)圖。在水下地形測(cè)量是，RTK能自動(dòng)導(dǎo)航和按距離或時(shí)間間隔自動(dòng)采點(diǎn)，只要將天線高量至水面，加水深改正后，即可高精度的實(shí)時(shí)測(cè)定水下地形點(diǎn)的三維坐標(biāo)，由專業(yè)軟件成圖。

3 GPS RTK在城市測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析

下面以某城區(qū)地籍測(cè)量工程中GPS RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用為例，闡述該技術(shù)的應(yīng)用情況。測(cè)區(qū)位于某城區(qū)，該城區(qū)為工業(yè)區(qū)和居民生活區(qū)，城市建構(gòu)筑物密集，交通繁忙，無線電信號(hào)復(fù)雜，街道兩旁樹木密集。本次需測(cè)量的宗地地塊遍布整個(gè)城區(qū)，總測(cè)量面積約20km2，分布區(qū)域近45km2，權(quán)屬關(guān)系復(fù)雜，用地種類較多，宗地?cái)?shù)目多，權(quán)屬界址點(diǎn)數(shù)量大，采用常規(guī)測(cè)量手段施測(cè)十分困難，很難在短時(shí)間內(nèi)完成所有宗地的權(quán)屬界址點(diǎn)測(cè)量工作，以滿足宗地權(quán)屬單位對(duì)地籍測(cè)量工作的要求。采用GPS RTK測(cè)量技術(shù)作為本測(cè)區(qū)宗地權(quán)屬界址點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)測(cè)技術(shù)手段，在充分調(diào)研論證并通過試驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證的基礎(chǔ)上全面實(shí)施，取得了比較好的效果。

其作業(yè)過程如下：選取精度高、可靠性好的城市基本控制網(wǎng)點(diǎn)作為RTK測(cè)量的工作基準(zhǔn)在試用試驗(yàn)階段，針對(duì)所選用的GPS儀器，得出了該城區(qū)流動(dòng)站在作用距離為4km范圍內(nèi)，能高質(zhì)量、清晰地接收基準(zhǔn)站發(fā)出的數(shù)據(jù)。以此為參考數(shù)據(jù)，選定了分布于該城區(qū)的城市D級(jí)GPS 三維控制網(wǎng)點(diǎn)7點(diǎn)，組成本次地籍測(cè)量工作的基準(zhǔn)框架網(wǎng)，并利用7個(gè)控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)系和1954年北京坐標(biāo)系成果計(jì)算出用于GPS RTK測(cè)量的7個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

GPS RTK定位精度試驗(yàn)選取1個(gè)GPS RTK 測(cè)量基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)，架設(shè)RTK基準(zhǔn)站，流動(dòng)站在離基準(zhǔn)站4km范圍內(nèi)，有目的地施測(cè)了原本市城市5級(jí)控制點(diǎn)、E級(jí)GPS控制點(diǎn)和宗地權(quán)屬界址點(diǎn)共計(jì)19個(gè)點(diǎn)，并采用靜態(tài)GPS測(cè)量技術(shù)、全站儀測(cè)量技術(shù)測(cè)量宗地權(quán)屬界址點(diǎn)坐標(biāo)，將這些測(cè)量結(jié)果、已知成果與RTK測(cè)量結(jié)果相比較。

RTK定位精度評(píng)價(jià)從上表中比較數(shù)據(jù)可以看出：RTK測(cè)量結(jié)果與其他測(cè)量技術(shù)獲取的測(cè)量結(jié)果互差均在厘米級(jí)，其中互差最大為1. 8cm，最小為0.3cm，平均為1.12cm。可以認(rèn)為GPSRTK測(cè)量結(jié)果的點(diǎn)位精度達(dá)到厘米級(jí)，而且各點(diǎn)位之間不存在誤差累積，克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的弊病，完全能滿足城鎮(zhèn)地籍測(cè)量對(duì)權(quán)屬界址點(diǎn)的測(cè)量精度要求。

采用GPS RTK測(cè)量技術(shù)施測(cè)界址點(diǎn)坐標(biāo)在檢測(cè)試驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上，以RTK基準(zhǔn)框架網(wǎng)點(diǎn)為基礎(chǔ)，分別架設(shè)GPS基準(zhǔn)站，使用1+ 2工作模式，用兩套GPS RTK接收機(jī)作為流動(dòng)站進(jìn)行測(cè)量。

由于所用GPS RTK系統(tǒng)的發(fā)射電臺(tái)只有4W，十分省電，電，中途不需更換電池，就可使用1天，十分方便；流動(dòng)站在第1次測(cè)量時(shí)，在一已知點(diǎn)上作RTK測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果與已知點(diǎn)進(jìn)行比較，從而檢查RTK系統(tǒng)是否工作正常及基準(zhǔn)站坐標(biāo)輸入是否正確；最后，將GPS獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入計(jì)算機(jī)，可及時(shí)地精確地獲得界址點(diǎn)圖形信息，準(zhǔn)確地制作宗地圖、地籍圖，計(jì)算宗地面積等。

4 總結(jié)

RTK 在控制測(cè)量以及施工放樣中有著廣泛的運(yùn)用，比傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器的測(cè)量，它有著省時(shí)省工且精度高等特點(diǎn)，但其在碎部測(cè)量中的應(yīng)用還是有一定的限制。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，主要注意事項(xiàng)是基準(zhǔn)站選擇要在比較中心、位置空曠開闊的至高點(diǎn)上，且周圍無磁場(chǎng)的影響，這樣流動(dòng)站接收的信號(hào)好。并把觀測(cè)成果與首級(jí)控制成果進(jìn)行整體平差，這樣動(dòng)態(tài)觀測(cè)經(jīng)平差后的精度就較高。