工程測量質量控制中RTK技術的應用探究

■呂加寶

（廈門東海職業(yè)技術學院，福建 廈門 361100）

RTK測量技術因其操作簡便、定位精度高、數據處理能力強、作業(yè)自動化和測繪功能強大，在工程測量中得到廣泛的應用，同時在實際的工程測量中有時也存在著測量質量問題。為進一步提升RTK技術在工程測量質量控制中的應用，基于對已知點檢核比較法、重測比較法、電臺變頻實時檢測法等方法及成果的分析比較，探索滿足工程RTK測量成果質量控制的途徑及方法，以達到預期的工程測量目的。

一、RTK技術

（一）技術工作原理

在RTK技術應用過程中，要求技術人員掌握工作原理。確定基準站，并設置一臺GPS接收機，經過連續(xù)觀測衛(wèi)星，利用無線電傳輸設備等傳輸觀測數據信息，最終發(fā)送到移動觀測站。在衛(wèi)星信號被接收的過程中，利用網絡、無線電接收設備等，接收機接收相關衛(wèi)星觀測數據信息，結合相對定位原理，測量人員可以實現實時操作處理，結合坐標參數以及測量工程情況進行參數轉變等，通過計算坐標系等，可以滿足實時結算的要求，得到精準定位結果，與此同時，對觀測成果質量加以進一步監(jiān)測，避免出現冗余觀測量等。綜上，要想使用RTK技術，必須明確其基本工作原理，構建RTK測量系統(tǒng)。通常，該系統(tǒng)由數據傳輸系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)及GPS接收設備等組成，便于進行動態(tài)實時的工程測量。

（二）RTK技術特點

1.RTK技術的誤差

應用RTK技術測量時，可能出現一些測量誤差，主要分為同測站相關誤差與同距離相關誤差。若是出現信號干擾、多徑誤差以及氣象變化等情況，則容易導致同測站相關誤差產生。相比于其他影響因素，多徑誤差的發(fā)生概率較大。就多徑誤差而言，主要是因為接收機天線周圍環(huán)境惡劣，可能存在高聳建筑物、面積較大的水域等，這些都對電磁波造成影響，基于強反射作用，天線信號將受到干擾，可能出現兩種信號疊加的情況，所以測量的定位結果將存在誤差問題，但是這類誤差可以通過實施一些有效的校正方法等加以削弱或者避免。同距離相關誤差的產生和移動站與基準站之間距離有關。如果二者之間距離增加，其誤差也會變大。為此，有關測量人員應當限制工程測量作業(yè)半徑等。

2.整周模糊值

整周模糊值也是RTK技術特點之一，指的是初始化時間。當應用RTK系統(tǒng)時，整周模糊值的確定關系著定位精準性和可靠性。系統(tǒng)正常運轉條件下，如果地面兩點距離不遠，可以模擬對流層與電離層對于測量工作的影響，經過差分處理觀測值，可以逐漸減弱這些影響。然而，電離層電子含量將會有所變化，與此同時，無論對于基準站，還是移動站，衛(wèi)星信號將會產生一定影響?；€長度與影響變化之間呈正比例變化關系，前者越長，后期影響越大。因此，若電離層劇烈活動，可能出現周跳、失鎖等現象，這時必須延長觀測時間，以便確定整周模糊值。需要注意的是，如果太陽黑子爆發(fā)，整周模糊值將不能被固定。有關實踐表明，影響整周模糊值的因素包含三個：第一，接收機類型。相比于單頻RTK，雙頻RTK初始化的時間較短。第二，觀測衛(wèi)星數量。觀測衛(wèi)星數量越多，其RTK精確性越高，具有較好的可靠性；第三，移動站、基準站二者之間的距離。如果距離相近，整周模糊值將較短。

3.數據鏈

在RTK測量過程中，要求移動站實時接收信號，掌握具體的觀測值和相關數據鏈信息，方便進行位置確定。為此，必須要確保基準站信號接收具有良好的可靠性和連續(xù)性，從而取得較好的RTK測量結果。一般而言，如果位于沙漠、平原等區(qū)域，RTK技術應用效果較好，但是，若是在山區(qū)、森林等地方進行工程測量，測量成果質量將有所下降，影響實際工程測量作業(yè)效率，極有可能出現無法作業(yè)的情況。

4.坐標系統(tǒng)

RTK與GPS靜態(tài)測量一樣，GPS接收機接收的衛(wèi)星信號經數據處理后，首先得到的是地心坐標系(WGS84)坐標，而在測繪工程中應用的通常是1980西安坐標系、1954年北京坐標系或地方獨立坐標系等，其高程一般為正常高。因此，為了把WGS84坐標系坐標轉換為地方坐標系坐標，作業(yè)前首先要根據坐標轉換關系式求解兩種坐標系間的轉換參數。

二、RTK技術的優(yōu)缺點

（一）優(yōu)點

一是精度高。因為在RTK技術工作原理下，其工作條件得以滿足的基礎上，并加強數據安全等方面的保障，無論是平面精度，還是高程精度，RTK技術測量精度都可達到厘米級。二是作業(yè)高效。若是采用以往的測量方式，不僅測量麻煩，作業(yè)效率也較慢。但是，RTK技術的應用可以解決這類問題。一次測量即可完成半徑為4km的測量任務，使得整體測量水平提升，這在很大程度上與其技術先進性有關，實際測量時，幾秒就可以獲得坐標，大大降低測量勞動強度，節(jié)約外業(yè)費用，作業(yè)效率有所提高。三是作業(yè)條件寬松。與其他測量方式相比，RTK技術作業(yè)成果質量的影響因素雖然較多，可能受到氣候、能見度等因素影響，但是整體受限較小，可以基于電磁波通視完成定位作業(yè)任務。四是操作簡便。利用計算機和測量儀器、軟件等可以立即開展測量工作，方便測量人員使用，還能快速進行觀測數據處理和信息通訊。五是自動化、集成化優(yōu)勢明顯。在RTK技術作用下，實現多種測繪功能的應用，降低輔助測量工作量，人為誤差也有所減少，促使整體工程測量精度大大增加。

（二）缺點

1.易受到衛(wèi)星運行狀態(tài)影響

若是衛(wèi)星系統(tǒng)位置發(fā)生變化，則會出現假值。不僅如此，如果觀測條件較為復雜，將影響RTK技術作用的發(fā)揮，使得整體觀測效率下降。針對這種情形，測量人員可以加強衛(wèi)星系統(tǒng)的細致觀察，以便獲得精準數據信息，基于客觀允許的條件下，有選擇地使用RTK技術開展測量作業(yè)。

2.易受到天氣環(huán)境等因素影響

氣象情況有很多種，天空環(huán)境變化不規(guī)律，若是環(huán)境趨于復雜，則無疑影響觀測數據的傳輸工作質量，甚至對于數據信息精準度造成嚴重影響。尤其是地形復雜的區(qū)域，如果想要進行測量，其數據傳輸將成為一大問題。對此，為解決RTK技術的弊端，有關人員應當合理選定基準站位置，盡量將其設置在海拔高、工作環(huán)境中心地區(qū)，減少天氣環(huán)境等因素的影響。

3.穩(wěn)定性有所不足，精度可能受到影響

與全站儀比較而言，無論是RTK技術測量精度，還是測量的穩(wěn)定性，都有所不足，影響實際測量結果準確性。為此，測量人員需要加強對RTK技術的了解，掌握現場控制點的布控情況，并合理設置多余控制點，使得RTK測量工作穩(wěn)定性有所提升，也能更好地保障RTK測量的良好精準度。

三、RTK誤差特性與RTK測量質量控制方法研究

（一）RTK的誤差特性及控制方法

1.同儀器和干擾有關的誤差特性與控制方法

天線相位中心變化：若要提高RTK定位精度，必須進行天線檢驗校正。多徑誤差：多徑誤差取決于天線周圍的環(huán)境，多徑誤差可通過下列措施予以削弱，即選擇地形開闊的點位、采用扼流圈天線、基地站附近輔設吸收電波的材料。信號干擾：在基地站削弱天線電噪聲最有效的方法是連續(xù)監(jiān)測所有可見衛(wèi)星的周跳和信噪比。

2.同距離有關的誤差特性與控制方法

同距離有關的誤差的主要部分可通過多基準站技術來消除。軌道誤差：就短基線（＜10 km）而言，誤差較小，但是，對20～30 km的基線則可達到幾厘米。利用下列方法使電離層誤差得到有效的消除和削弱：利用兩個以上觀測站同步觀測量求差（短基線）等。對流層誤差：對流層誤差與點間距離和點間高差密切相關。

（二）常見RTK測量質量控制方法

有關研究人員指出，工程測量過程中，結合實際情況可以應用三種RTK測量質量控制方法，具體RTK測量質量控制方法如下。

1.已知點檢核比較法

已知點檢核比較法為常見質量控制手段，主要結合已知點進行比較分析，如果出現問題第一時間加以校正。在應用過程中，主要與RTK觀測同步進行，要求測量人員盡可能選擇高精度的控制點，類似靜態(tài)控制點或者高等級的控制點，再針對這些已知點坐標加以比較檢核，若是發(fā)現其中的問題，則立即進行改正，從而加強RTK測量成果的質量控制。

2.重測比較法

重測比較法，顧名思義，基于反復測量為基本內容的比較方式，提供比較的依據方法，在應用階段，先測量若干個固定點坐標，若是存在已測RTK點，則重測坐標，再定位進行比較。若是沒有觀測點，可以增設儀器，對檢測過的RTK點加以對比，利用全站儀等對檢測點之間的距離等進行確定，再檢驗測量檢核成果精度。所以這種方法較為簡單，通過現場進行觀測成果的對比，進一步判定初始化的可靠性及準確性，如果初始化無問題，再進行新RTK觀測。

3.電臺變頻實時檢測法

電臺變頻實時檢測法在RTK測量成果質量控制中有著重要的應用價值，為取得精準的檢測結果，首先，常常要求檢測人員在檢測區(qū)域建立多個基準站，確?；鶞收緮盗坎簧儆?。其次，讓各個基準站使用不同頻率進行差分發(fā)射，以便改正數據。針對流動站而言，實際RTK觀測過程中，變頻開關的作用較大，可以方便電臺人員進行不同基準站的選擇，用于接收不同的差分改正數據，使得各個RTK點都可以實時接收一個基準站的相關數據信息，準確掌握差分改正數據情況，及時獲取一個基準站的RTK觀測數據。與此同時，若是該電臺進行另一個頻率切換，則又可以接收另一個基準站的數據信息，進一步掌握差分改正數據，獲取同一點的不同RTK觀測數據。最后再采用多次比較方式，實時比較與分析RTK觀測數據信息內容，從而對RTK觀測質量問題加以判斷。

四、工程測量質量控制中RTK技術的實踐應用分析

（一）RTK測量質量控制方法的實際運用

1.已知點檢核較法的運用

某工程項目位于郊區(qū)，項目圖根控制測量中的測區(qū)大多為丘陵地貌，滿足RTK測量的要求。故此，觀測人員選擇應用RTK技術，實際作業(yè)過程中，在附近制高點位置設置基準站，確保視野足夠開闊，可以避免高壓輸電線路以及通訊線路等部分的干擾，為實際RTK觀測工作開展創(chuàng)造條件。觀測時，流動站和基準站二者之間的距離被控制在7 km范圍內，并嚴格按照相關技術規(guī)定等進行RTK觀測。

為加強RTK測量成果質量控制，根據實際情況分析后，項目方決定采取已知點檢核較法。RTK圖根控制測量的同一時間，要求測量人員對周圍8個靜態(tài)E級GPS已知點加以聯(lián)測。最終得到已知點坐標，再分別進行比較檢核，其結果如附表1所示。附表1中列出M63、M64、M65三個已知點坐標以及觀測情況，其中平面最大點位誤差與點位中誤差分別為2.3cm和1.8cm，最大高程差和高程中誤差分別為2.8cm和1.7cm，最終核驗后，該工程RTK圖根測量成果質量得到控制，可靠性有所提升。

附表1 RTK測量已知點檢核精度對比

2.重測比較法的運用

某地區(qū)工程數字測圖項目測量地地勢復雜，被測區(qū)域多為丘陵、山地等，因此使用RTK技術對碎部點的數據進行采集，利用先進技術節(jié)省測站搬站的流程，進一步加快作業(yè)效率，提高觀測水準。然而相比于全站儀極坐標法，RTK數據采集過程中，存在采集數據不穩(wěn)定等問題，容易影響工程測量質量。

為提高碎部點測量的精準度，采取了重測比較法，以求進行RTK觀測結果的質量控制。在實際應用過程中，當每次重新初始化后，立即重測附近已測的RTK點，測點數量應該超過兩個，通過現場比較，確保初始化無問題再對新的坐標點進行RTK觀測。經過實際測量，該工程共計重新觀測36個比較點，其中平面精度最大點位誤差和點位中誤差分別為2.6 cm和2.0 cm，高程精度中最大高程差和高程中誤差分別為2.8 cm和2.1 cm。經過重測比較分析，最終確定每次初始化過程不僅正確，還有一定可靠性，為該工程碎部點精度與成圖質量提供保障。

3.電臺變頻實時檢測法的運用

某工程測量位于廈門某地區(qū)，圖根控制測量項目中，主要應用RTK技術，其實踐操作步驟如下：首先，準備相關儀器，包括Trimble 5700 GPS雙頻接收機、TRIMARK3數傳電臺及天線等。其次，選擇基準站。確保測量區(qū)內或測區(qū)附近空曠、視野開闊，高度角在15°以上的范圍內，無障礙物，附近不應有強烈干擾接收衛(wèi)星信號的干擾源或強烈反射衛(wèi)星信號，設立兩個基準站。同時，啟動基準站。架設相關儀器后，接通電源，設置基準與轉換參數，并確保與GPS接收機連接，再輸入其中基準站坐標等，啟動后，保證電臺處于發(fā)射狀態(tài)。最后，連接流動站儀器。設置完流動站信息后，開始進行RTK觀測。

為保證觀測結果質量，采用電臺變頻實時檢測法，讓各自基準站使用不同頻率進行差分發(fā)射，可以實時獲得差分改正數據，將接收的不同的差分改正數據進行對比分析。最終結果顯示，總平面點位中誤差處于2 cm范圍內，最大為0.0164 cm，可以滿足1/500圖幅圖根控制的精度要求，達到預期的工程測量質量控制效果。

（二）RTK測量質量控制成效分析

綜上所述，RTK質量控制方法有：（1）已知點檢核比較法——即用RTK測出這些控制點的坐標進行比較檢核，發(fā)現問題即采取措施改正；（2）重測比較法——每次初始化成功后，確認控制點無誤后才進行RTK測量；（3）電臺變頻實時檢測法——在測區(qū)內建立兩個以上基準站，從而得到兩個以上解算結果。

通過對以上三種RTK測量成果質量控制方法進行對比可知，已知點檢核比較法的運用最為可靠，但實際應用中由于高等級控制點數量有限，并難以實現實時進行點位的質量控制，較為適用于測量成果質量評定。重測比較法的運用步驟較為簡單，而且可以滿足實時性的需要，便于發(fā)現問題及時解決問題，有助于RTK測量成果質量控制。而電臺變頻實時檢測法在實踐應用中，凸顯實時性的應用優(yōu)勢，能夠針對特定RTK點加以質量控制。需要注意的是，必須要準備所需的儀器工具，否則將難以實現該方法的有效質量控制作用，所以可能會受到儀器條件限制。綜上，未來工程測量過程中，加強RTK觀測成果質量控制，可以先考慮儀器設備情況，若未能滿足電臺變頻實時檢測法所需儀器條件需求，則可以聯(lián)合應用已知點檢核比較法、重測比較法，提高RTK測量成果的質量。

作為先進測量技術中的一種，RTK技術深受關注。在各類工程測量中，該技術都具有較大的應用價值，實際測量質量控制過程中，要求測量人員掌握RTK技術應用要點，結合自身經驗以及工程情況等合理運用這類技術。與此同時，可以合理運用已知點檢核比較法、重測比較法、電臺變頻實時檢測法等，實現誤差與測量成果上的質量控制，提高工程測量的質量。