初探GPS RTK 技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用

金旭生

摘 要：隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，城區(qū)面積不斷擴(kuò)大，規(guī)劃測量工作中遇到的問題（如控制點(diǎn)毀壞、丟失、不通視等等）也隨之而來，使用傳統(tǒng)的測量手段進(jìn)行工作，影響了整個施工放樣的進(jìn)度，測量精度還得不到保障。RTK 技術(shù)作為一種新的測量手段，以其全天候、高精度、高效率等顯著特點(diǎn)而備受廣大測繪工作者和測繪單位的青瞇，極大提高了測量工作的精度和效率。為此，本文結(jié)合某工程實(shí)際案例的測量要點(diǎn)，探討了RTK 技術(shù)在城市規(guī)劃測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：RTK技術(shù)；測量；數(shù)據(jù)

中圖分類號：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

概述

實(shí)時動態(tài)（RTK）測量系統(tǒng)，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GPS 接收機(jī)，對所有可見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)星信號的同時，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)相對定位原理，實(shí)時地解算整周模糊度未知數(shù)并計算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。通過實(shí)時計算的定位結(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，縮短觀測時間。RTK 測量系統(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)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。軟件系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r解算出流動站的三維坐標(biāo)的功能。RTK 測量技術(shù)除具有GPS 測量的優(yōu)點(diǎn)外，同時具有觀測時間短，能實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)實(shí)時解算的優(yōu)點(diǎn)，因此可以提高生產(chǎn)效率。

1 RTK 測量的特點(diǎn)

（1）經(jīng)典的GPS 測量不具備實(shí)時性，而不能用來放樣，放樣工作還得配備傳統(tǒng)的測量儀器，RTK 測量彌補(bǔ)了這一缺陷。放樣精度可達(dá)到厘米級。（2）RTK測量成果是在野外觀測時實(shí)時提供，因此能在現(xiàn)場及時進(jìn)行檢核，避免外業(yè)工作返工，如，整周求知數(shù)初始化情況和測點(diǎn)的點(diǎn)位精度等信息均可在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行核（3）RTK測量的關(guān)鍵技術(shù)之一是快速解算載波的整周未知數(shù)。用經(jīng)典的靜態(tài)相對定位法，解得整周未知數(shù)并達(dá)到足夠精度，往往需要1 個小時甚至更長的時間在RTK 測量中，盡管初始化時間的長短受到跟蹤觀測的衛(wèi)星數(shù)、幾何圖形強(qiáng)度、多路徑效應(yīng)、電離層干擾等諸多因素影響，但已可在數(shù)分鐘之內(nèi)完成。如借助快速動態(tài)定位，約需3 分鐘；如采用動態(tài)環(huán)境下的初始化，約需1 分鐘；如在已知點(diǎn)上進(jìn)行初始化，僅有幾秒鐘足夠。這樣，測量中即使遇到障礙物（如穿過橋下或通過隱蔽地帶）造成失鎖，也可在重新捕獲到衛(wèi)星后數(shù)分鐘內(nèi)完成整周未知數(shù)初始化，繼續(xù)進(jìn)行測量。（4）能夠在任何地方、任何時間接收到GPS 信號，基準(zhǔn)站和移動站不需要通視，作用距離遠(yuǎn)（一般都在10km 左右），全天24 小時均可進(jìn)行RTK 測量放樣。（5）完成基準(zhǔn)站的設(shè)置后，整個系統(tǒng)只需一人持流動站接收機(jī)操作。也可設(shè)置幾個流動站，利用同一基準(zhǔn)站觀測信息各自獨(dú)立開展工作，提高作業(yè)效率。

2 工程概況

本測區(qū)位于城市工業(yè)區(qū)，總面積0.7平方公里。假定一個點(diǎn)的坐標(biāo)和高程后，用羅盤和全站儀測出另一個點(diǎn)的距離和方位角，算出另一個點(diǎn)的假定坐標(biāo)和高程，并在此基礎(chǔ)上布設(shè)一、二級導(dǎo)線（網(wǎng)）或二級GPS點(diǎn)，作為本次測區(qū)的首級（加密）平面控制測量。南于本次測區(qū)附近沒有國家級控制點(diǎn)，按照區(qū)管委會意見，采用獨(dú)立坐標(biāo)系，并假定高程點(diǎn)，對工業(yè)園區(qū)進(jìn)行1：1000地形圖的測繪。

3 一、二級導(dǎo)線測量和GPS點(diǎn)的測量

3.1 測量一、二級導(dǎo)線

（1）選點(diǎn)及觀測。在假定已知點(diǎn)坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，按照附合（或閉合）導(dǎo)線的形式布設(shè)一級導(dǎo)線網(wǎng)（或二級導(dǎo)線網(wǎng)）。一級導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)10×20×40cm規(guī)格的預(yù)制混凝土標(biāo)石；布設(shè)在水泥路面上的一級導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)嵌入直經(jīng)為12mm的鋼筋標(biāo)志或刻“+”標(biāo)志，二級導(dǎo)線點(diǎn)不強(qiáng)制埋石。一級導(dǎo)線點(diǎn)按A-1、A-2…D-l、D-2…順序編號。一、二級導(dǎo)線水平角使用拓普康3002N全站儀按方向法分別二測回和一測回觀測導(dǎo)線前進(jìn)方向的左折角。二測回之間度盤按00°00'和90°10'進(jìn)行配置。一、二級導(dǎo)線邊長采用拓普康TPc3002N型全站儀按單向二測回（一測回三次讀數(shù)）測定（二級導(dǎo)線按一定測回測定）。測邊的同時，按中絲法對向各二測回（二級導(dǎo)線一測回）觀測其導(dǎo)線邊之垂直角。（2）平差計算。一、二級導(dǎo)線應(yīng)盡量組成導(dǎo)線網(wǎng)進(jìn)行嚴(yán)密平差計算。平差軟件可利用南方測繪公司編制出版的《測量平差大全》中導(dǎo)線網(wǎng)平差軟件進(jìn)行平差計算。平差方法可采用條件平差、相關(guān)平差和逐漸趨進(jìn)法平差等。一級導(dǎo)線經(jīng)平差后，測角中誤差不得超過±5.0秒；二級導(dǎo)線平差后，測角中誤差不得超過±8.0秒；導(dǎo)線點(diǎn)點(diǎn)位中誤差均不得超過±5.0cm。測區(qū)一、二級導(dǎo)線控制測量取位：水平角和垂直角記錄、計算取位至秒；邊艮、坐標(biāo)計算及其成果取位至毫米。

3.2 二級GPS點(diǎn)測量

GPS點(diǎn)選點(diǎn)。為便于GPS點(diǎn)加密一級圖根導(dǎo)線點(diǎn)的應(yīng)用，選定的GPS點(diǎn)至少應(yīng)與一個相鄰GPS點(diǎn)通視，亦盡可能考慮多方向通視，布設(shè)點(diǎn)位要分布均勻，二級GPS點(diǎn)間距一般小于1km，平均邊長不大于1km。GPS點(diǎn)的點(diǎn)號按“ⅡX”執(zhí)（2）GPS點(diǎn)埋石。GPS點(diǎn)標(biāo)石類型在一般地區(qū)埋設(shè)普通標(biāo)石，在建筑物上埋設(shè)樓頂標(biāo)石或嵌入標(biāo)志。中心標(biāo)志采用鑄鐵標(biāo)志，標(biāo)志頂面應(yīng)略高于標(biāo)石面。測區(qū)地面上的GPS點(diǎn)，埋石采用柱石下面現(xiàn)場澆灌混凝土辦法，在實(shí)地埋設(shè)時，標(biāo)石坑位下底面邊長應(yīng)大于70cm，標(biāo)石周圍填土夯實(shí)。樓頂（建筑物頂）標(biāo)志埋設(shè)時，嚴(yán)格依規(guī)程附圖B.0.6標(biāo)石埋設(shè)圖執(zhí)行，清除碎石、粉沫，再浸濕后，方可安放標(biāo)志，用混凝土嵌埋，以便與建筑物牢固結(jié)合。（3）GPS點(diǎn)埋石的資料整理。所有GPS點(diǎn)均在實(shí)地按規(guī)定繪制點(diǎn)之記，所在地一欄的填寫應(yīng)認(rèn)真了解，點(diǎn)位說明要簡潔明確，寫出點(diǎn)至明顯目標(biāo)的方向距離，量注標(biāo)石中心至其它地物點(diǎn)三處的距離。在繪制略圖時，略圖方位應(yīng)與實(shí)地一致。選埋結(jié)束后，應(yīng)及時標(biāo)繪點(diǎn)位分布圖，準(zhǔn)確繪制相鄰點(diǎn)通視方向。（4）GPS點(diǎn)觀測要求。GPS觀測必須使用經(jīng)法定單位檢驗(yàn)合格的接收機(jī)，觀測一般采用快速靜態(tài)定位模式。endprint

4 地形測量

4.1 動態(tài)GPS（及RTK）圖根控制

（1）應(yīng)根據(jù)測區(qū)范圍內(nèi)已知一級導(dǎo)線及以上控制點(diǎn)的分布和與流動站間距（≤10km），選擇基準(zhǔn)站位置，同時要注意基準(zhǔn)站上空無干撓衛(wèi)星信號的大面積遮掩和影響RTK數(shù)據(jù)通訊線的電磁場干擾。（2）用于RTK測量的控制點(diǎn)必須是三維GPS網(wǎng)點(diǎn)或與其聯(lián)測平差看的控制點(diǎn)。第一次設(shè)置基準(zhǔn)站或重新設(shè)置基準(zhǔn)站后，必須聯(lián)測一個以上已知坐標(biāo)點(diǎn)作為檢核，當(dāng)檢核精度滿足相應(yīng)等級時，方可作業(yè)。（3）測量時置信程度必須沒置在99.9%，在固定解狀態(tài)且HRMS≤0.02、vRMs≤0.02時方可數(shù)據(jù)采集。對于沒有檢核條件的測量點(diǎn)，應(yīng)分不同時間段進(jìn)行重復(fù)測量，以避免測錯。（4）每點(diǎn)測量應(yīng)在重置整周模糊度的情況下分別測量兩次，兩次成果較差（B，L）應(yīng)小于0.02"，大于較差的府返工重測，成果取中數(shù)。

4.2 地形圖測量

4.2.1 地形圖編號及圖廓整飾

測圖比例尺為1：500，基本等高距為0.5米。地形圖采用50×50厘米的正方形分幅，圖名、圖號及圖廓整飾等，按都江堰市規(guī)劃局統(tǒng)一要求，即：（1）全部注記為“**市地形圖”。（2）圖號：采用**市統(tǒng)一編號，如：25—30。其中，25一代表本圖幅在整個測區(qū)內(nèi)所在的“行數(shù)”；30一代表本圖幅在整個測區(qū)內(nèi)所在的“列數(shù)”。（3）左上方的結(jié)合表：相鄰圖幅標(biāo)注圖號。（4）其余部分全部按照“圖式”要求整飾。

4.2.2 外業(yè)數(shù)據(jù)采

（1）使用傘站儀按全野外數(shù)字化測量的方法進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，利用南方測繪公司《GASS7.1成圖軟件》進(jìn)行地形圖編輯。（2）測塊劃分的原則。為滿足數(shù)據(jù)庫建立的要求及減少接邊工作量，外業(yè)數(shù)據(jù)采集必須以地塊為單位進(jìn)行作業(yè)。以路、埂、溝、河、渠、墻等自然地界為邊界進(jìn)行分塊，保證地物在塊內(nèi)完整、獨(dú)立。塊的面積不宜小于一幅圖（1：500），也不宜大于四幅圖，其最終文件的數(shù)據(jù)量不宜大于8000點(diǎn)，以免接邊等工作因數(shù)據(jù)量大而降低工作效率。

（3）測站檢查。測站安置輸入有關(guān)信息后，應(yīng)使用相鄰控制點(diǎn)進(jìn)行檢查。當(dāng)測站高程及坐標(biāo)檢查無誤后方可進(jìn)行碎部測量工作。當(dāng)一站施測完畢后應(yīng)進(jìn)行歸零檢查。（4）碎部點(diǎn)測量。地形圖除嚴(yán)格按照《城市測量規(guī)范》有關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行施測和表示外，根據(jù)本次測區(qū)的特點(diǎn)和城市規(guī)劃用圖的要求，特作如下補(bǔ)充說明：

房屋一律以墻角為準(zhǔn)施測表示，并按房屋的樓層、建筑材料、結(jié)鉤、性質(zhì)等區(qū)別表示，臨時性的工棚不表示。實(shí)測部分的大型橋梁、高壓鐵塔、高壓電竿以及主要樓房（一般二層以上）重要建筑物和構(gòu)筑物等，應(yīng)使用全站儀精確測量和展繪。

街區(qū)內(nèi)各種市政設(shè)施及獨(dú)立地物須全部測繪，并用相應(yīng)的圖式符號區(qū)別表示，不作取舍。（5）公路應(yīng)實(shí)際測繪出路面線和路基線，并按不同的材料分別名“瀝、水泥、碎石”等，不明顯的小路可以作適當(dāng)?shù)娜∩?，但遇橋、居民地等?yīng)有道路連接。圖內(nèi)名類管線、檢修井、消防栓等全部實(shí)測，并根據(jù)其性質(zhì)用相應(yīng)的圖式符合區(qū)別表示（直經(jīng)小于10厘米的民用自來水管可不表示）。埋在地下的光纜線、天燃?xì)夤芫€等，實(shí)測地表面上的標(biāo)志并查明其走向，標(biāo)志之間用虛線表示，并注明“光纜”、“氣”等。圍墻統(tǒng)一以粗黑線和黑方}央（即不依比例尺符號）表示。其中，黑方塊一般朝向單位內(nèi)部，打點(diǎn)的位置應(yīng)是“粗黑線”的轉(zhuǎn)角處外邊緣（即打點(diǎn)的位置和黑方塊表示的朝向相反）。高壓鐵塔、雙竿高壓線，除實(shí)際測繪同其鐵塔和竿的準(zhǔn)確位置外，用實(shí)線繪出其電線在地面上的實(shí)際投影位置（線的實(shí)際寬度），其中間的電力線符號不繪。圖內(nèi)各級界線應(yīng)準(zhǔn)確調(diào)繪出縣（區(qū)）、鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）、村，并用相應(yīng)符號表示。居民地、學(xué)校、機(jī)關(guān)、街道等地理名稱和行政名稱，按現(xiàn)有的名稱調(diào)注，若其名稱太長，圖內(nèi)注記困難時，按當(dāng)?shù)亓?xí)慣的簡稱調(diào)注。（6）地貌測繪。地貌以等高線表示為主，明顯的特征地貌以符合表示。土堆、沖溝、坑穴、陡坎等應(yīng)測注高程和比高。各種自然形成的斜坡，沖溝、雨裂圖上大于3cm的應(yīng)分別測出坡頂、坡腳標(biāo)高。大于0.5米的田坎、陡坎等，用坎子符號表示，并標(biāo)注比高。

結(jié)語

在RTK技術(shù)的不斷完善下，RTK測量的初始化速度、成果精度及可靠性會越來越高。但是由于受衛(wèi)星信號、接收機(jī)狀態(tài)、測站周圍環(huán)境及儀器操作的影響，RTK定位有時會出現(xiàn)失真，其成果不可能百分之百的可靠。因此，在作業(yè)中，我們要根據(jù)RTK技術(shù)的特點(diǎn)及測區(qū)狀況，采取有效措施，嚴(yán)格按操作規(guī)程作業(yè)，并加強(qiáng)成果的復(fù)核，以確保RTK成果的精確性和可靠性。

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