RTK在當(dāng)代測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用與分析

王科

（寧夏伊地集團(tuán)水利水電工程有限責(zé)任公司 寧夏 銀川 750021）

0 引言

當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)并不陌生，其在各個(gè)領(lǐng)域中的發(fā)展速度是有目共睹的，如：車載GPS導(dǎo)航技術(shù)、GPS手持導(dǎo)航儀、手機(jī)GPS導(dǎo)航、飛機(jī)導(dǎo)航、遠(yuǎn)洋輪船導(dǎo)航等等。人們越來越熟知GPS全球定位系統(tǒng)的概念和作用。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的RTK（Real Time Kinematic即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位）測量技術(shù)也日益成熟，其在測繪領(lǐng)域中，特別是城市測繪中的應(yīng)用越來越廣。

1 RTK技術(shù)概述

1.1 RTK概念

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測量系統(tǒng)(RTK)，是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS測量技術(shù)中的一個(gè)新突破。RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測量技術(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，并將其觀測數(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)測基準(zhǔn)站與用戶站觀測成果的質(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，從而減少冗余觀測量，縮短觀測時(shí)間。

1.2 RTK組成

RTK測量系統(tǒng)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)測量的關(guān)鍵設(shè)備。

1.3 RTK的優(yōu)點(diǎn)

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測量技術(shù)除具有GPS測量的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)具有觀測時(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。

1.4 GPS RTK處理數(shù)據(jù)方法

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量RTK是基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)錠—調(diào)制解調(diào)器，將其觀測值及站點(diǎn)的坐標(biāo)信息用電磁信號(hào)一起發(fā)送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù).同時(shí)本身也要采集GPS衛(wèi)星信號(hào)，并取得觀測數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，瞬時(shí)地給出精度為厘米級(jí)(相對(duì)于參考站)的流動(dòng)站點(diǎn)位坐標(biāo)。

在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測位(仍距和載波相位觀測值)和測站坐標(biāo)信息(如基準(zhǔn)站坐標(biāo)和天線高度)—但傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站在完成初始化后，二方面通過數(shù)據(jù)鏈接接收來自基站的數(shù)據(jù)，另外，自身也采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，再經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、高程擬合和投影改正，即可給出實(shí)用的厘米級(jí)定位結(jié)果。

1.5 我國RTK發(fā)展概況

目前我國自主研發(fā)產(chǎn)品的有南方系列、中海達(dá)、華測等系列的儀器一定程度上占領(lǐng)了國內(nèi)測繪市場，正有逐漸取代國外老牌測量儀器的發(fā)展趨勢。其手簿也逐漸向觸摸式、藍(lán)牙連接、人性化的界面，操作簡單，所以國產(chǎn)RTK越來越被我國測繪工作者所青睞。

2 RTK技術(shù)的應(yīng)用

2.1 平面控制測量

為滿足目前高速的城市化進(jìn)程的需要，新的測繪技術(shù)和先進(jìn)儀器也應(yīng)用而生。面對(duì)城市控制網(wǎng)具有控制面積大、精度高、使用頻繁等特點(diǎn)，而城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)導(dǎo)線大多位于建成區(qū)地面，隨著城市建設(shè)的進(jìn)行，各個(gè)控制點(diǎn)常被破壞，嚴(yán)重影響了工程測量的進(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)的控制測量往往要求點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間通視，測量時(shí)即費(fèi)工又費(fèi)時(shí)，且精度不均勻，使用RTK大大加快了工作效率。

2.2 像控點(diǎn)測量

像控點(diǎn)測量是外業(yè)主要工作之一，傳統(tǒng)的方法要布設(shè)大量的導(dǎo)線來測量部分平高點(diǎn)，內(nèi)業(yè)再空三加密。采用RTK技術(shù)測量，只需在測區(qū)內(nèi)或測區(qū)附近的高等級(jí)控制點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，(若測區(qū)內(nèi)或測區(qū)附近無高等級(jí)控制點(diǎn)，可先加密)，流動(dòng)站直接測量各像控點(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)法等間接的方法測量。

2.3 線路中線測定

在公路和鐵路測量作業(yè)時(shí)，使用RTK進(jìn)行市政道路中線或電力線中線放樣，放樣工作只需一名測量人員并配備1名打樁人員即可，作業(yè)效率大大提高，大大降低人的勞動(dòng)強(qiáng)度和成本。測量時(shí)事先將線路參數(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 建筑物放線

建筑物規(guī)劃放樣時(shí)，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。

3 RTK在城市地形測量中的應(yīng)用實(shí)例分析

下面以就本人在甘肅省蘭州窯街鎮(zhèn)地地形測量中使用RTK測量地形圖為例，闡述一下該技術(shù)的應(yīng)用情況。測區(qū)位于甘肅省蘭州窯街鎮(zhèn)，該區(qū)有多個(gè)工業(yè)區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院和居民生活區(qū)，建構(gòu)筑物密集，交通繁忙，，街道兩旁樹木密集，測區(qū)位于狹長的兩條山脈之中。測區(qū)南北約30公里，東西約4公里，在這個(gè)狹長的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行地形圖測繪工作，測區(qū)內(nèi)原有的控制點(diǎn)很少，為了加快測量的進(jìn)度，減少控制測量的任務(wù)量，我們利用幾個(gè)已知點(diǎn)利用快速動(dòng)態(tài)定位原理，在區(qū)域內(nèi)分段布設(shè)24個(gè)圖根點(diǎn)，均勻分布在測區(qū)內(nèi)，圖根點(diǎn)盡可能分布在開闊無遮擋的高處，并且遠(yuǎn)離人員干擾的地方，這樣主要考慮使得基站的信號(hào)便于流動(dòng)站的接收。

其作業(yè)過程如下：

1）在開始作業(yè)前選擇該區(qū)域內(nèi)已知的WGS84和北京54坐標(biāo)（或地方獨(dú)立網(wǎng)格坐標(biāo)）以及高程的公共點(diǎn)，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，為RTK動(dòng)態(tài)測量做好準(zhǔn)備。選擇轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)要注意以下兩個(gè)問題：①要選測區(qū)四周及中心的控制點(diǎn)，均勻分布；②為提高轉(zhuǎn)化精度，選6個(gè)以上的點(diǎn)，利用最小二乘法求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2）利用該區(qū)的CORS基站信號(hào)，采用快速靜態(tài)定位模式在測區(qū)內(nèi)布設(shè)24個(gè)I級(jí)圖根。這些圖根點(diǎn)作為架設(shè)基準(zhǔn)站，其他點(diǎn)可做為檢查點(diǎn)。選取其中精度高、可靠性好的作為RTK測量的工作基準(zhǔn)站，我們使用的是4臺(tái)南方系列S-86T雙頻GPS接收機(jī) ，流動(dòng)站使用得出了該城區(qū)流動(dòng)站在作用距離為5km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)。

RTK定位精度試

選取1個(gè)GPS RTK測量基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)，架設(shè)RTK基準(zhǔn)站，流動(dòng)站在離基準(zhǔn)站5km范圍內(nèi)，有目的地施測了2個(gè)5"級(jí)控制點(diǎn)、3個(gè)E級(jí)GPS控制點(diǎn)和I級(jí)圖根點(diǎn)6個(gè)，并采用靜態(tài)GPS測量，將這些測量結(jié)果、已知成果與RTK3次平滑采集后取均值后測量結(jié)果相比較。最大誤差2.2cm,最小誤差0.40cm;平均值1.25cm。檢測結(jié)果充分證明了，RTK測量精度完全能夠滿足測圖要求。

4 總結(jié)

RTK在控制測量以及施工放樣中運(yùn)用越來越廣泛，其比傳統(tǒng)的測量儀器的相比具有省時(shí)省工、精度高等特點(diǎn)，RTK技術(shù)的誕生為測繪行業(yè)注入了活力，大大降低了作業(yè)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，提高了作業(yè)效率和測量精度，所以其必將會(huì)在國家建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域里均會(huì)發(fā)揮重大的作用。

［1］周忠謨,等.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,1997.

［2］CJJ8-1999城市測量規(guī)范[S].