摘 要：基于多年從事工程測(cè)量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn),探討了GPS RTK技術(shù)在城市工程測(cè)量中的具體實(shí)施流程。RTK技術(shù)是城市測(cè)量中的核心技術(shù)，是長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華,能在不通視的條件下遠(yuǎn)距離傳輸三維坐標(biāo)，本文主要是探討了RTK 技術(shù)在城市測(cè)量中的應(yīng)用方案，并結(jié)合實(shí)例對(duì)RTK在實(shí)測(cè)中的一些常見問題進(jìn)行分析，對(duì)業(yè)內(nèi)同行有著一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

　　關(guān)鍵詞：城市工程測(cè)量,GPS RTK,數(shù)學(xué)精度

　　引言

　　GPS-RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)是GPS 測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合而構(gòu)成的實(shí)時(shí)定位技術(shù)，主要由兩部分組成，即基準(zhǔn)站部分和流動(dòng)站部分。基準(zhǔn)站連續(xù)把觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)射給流動(dòng)站，流動(dòng)站則實(shí)時(shí)差分處理基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的載波相位觀測(cè)值，獲取所在點(diǎn)的坐標(biāo)、高程和精度指標(biāo)。利用RTK 技術(shù)，能夠滿足快速求得厘米級(jí)整周模糊度固定解的要求，在接收到較多GPS 衛(wèi)星信號(hào)、多路徑效應(yīng)影響較小的情況下，RTK 在5 秒內(nèi)確定整周模糊度固定解的置信度達(dá)到99%，作到動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)平面精度達(dá)10mm+1ppm。相對(duì)傳統(tǒng)GPS 靜態(tài)、快速靜態(tài)定位(需要較長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)和事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理)，其測(cè)量定位效率大大提高，并能夠滿足一般城市測(cè)量的要求。利用GPS 實(shí)時(shí)定位技術(shù)可進(jìn)行控制點(diǎn)加密、工程放樣、圖根點(diǎn)采集、中線高程的采集等測(cè)量任務(wù)。

　　一、GPS RTK 技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量方法的比較

　　傳統(tǒng)的地形測(cè)量主要是用經(jīng)緯儀、測(cè)距儀、全站儀等測(cè)量工具, 利用測(cè)角、測(cè)距、交會(huì)、極坐標(biāo)等測(cè)量方法對(duì)地形要素進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或測(cè)定, 其共同特點(diǎn)是要求測(cè)站點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)間必須通視, 并且在視距長(zhǎng)度上有一定的限制, 使得在進(jìn)行大面積的地形工作時(shí), 費(fèi)時(shí)費(fèi)力, 效益低下。控制測(cè)量一般采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)等方法來施測(cè), 也要求待測(cè)點(diǎn)間相互通視, 對(duì)待測(cè)邊和測(cè)角都有限制, 并且存在點(diǎn)位精度分布不均勻、誤差有積累等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)測(cè)量方法由于受到各種因素的制約, 越來越難以滿足地形測(cè)量對(duì)現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、精度高的地形數(shù)據(jù)需求。GPS RTK 定位技術(shù)的出現(xiàn)則彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測(cè)量工具的不足。它操作簡(jiǎn)便, 定位精度高, 能實(shí)時(shí)知道定位精度, 其測(cè)量各點(diǎn)間的精度基本上是獨(dú)立的, 減少了測(cè)量誤差傳播和積累。如果點(diǎn)位精度要求滿足了, 用戶就可以停止觀測(cè)了, 而且知道觀測(cè)質(zhì)量如何, 這樣可以大大提高作業(yè)效率。利用GPS RTK進(jìn)行地形測(cè)量, 不受天氣、地形、通視等條件的限制,布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)也更加快捷, 控制范圍大, 靈活方便,觀測(cè)時(shí)間短, 比傳統(tǒng)方法大大節(jié)省了人力資源和作業(yè)時(shí)間, 工作效率比傳統(tǒng)方法提高3- 4 倍。利用RTK 測(cè)量幾秒鐘即可獲得一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。隨著GPS 技術(shù)的不斷發(fā)展, 自動(dòng)化程度越來越高, 體積越來越小, 重量越來越輕, 為快速獲取地形圖數(shù)據(jù), 實(shí)現(xiàn)信息化、數(shù)字化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　二、城市實(shí)測(cè)作業(yè)流程

　　1.內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備

　　在實(shí)施RTK 外業(yè)測(cè)量前，應(yīng)事先收集測(cè)區(qū)的小比例尺地形圖，必要時(shí)進(jìn)行野外踏勘，根據(jù)城市測(cè)量的特點(diǎn)完成內(nèi)業(yè)的準(zhǔn)備工作。主要包括以下幾方面的內(nèi)容：① 根據(jù)工程項(xiàng)目，設(shè)定工程名稱。② 若已知坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，則輸入手簿(一般此參數(shù)未知)。③ 若無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，應(yīng)整理測(cè)區(qū)的已知控制點(diǎn)資料，控制點(diǎn)應(yīng)盡可能均勻分布在測(cè)區(qū)周圍，使得所測(cè)點(diǎn)均在已知點(diǎn)的包圍之內(nèi)，盡可能避免從一端向另一端無限制的外推。控制點(diǎn)所處的位置和周圍的條件應(yīng)符合GPS 作業(yè)的要求。④ 實(shí)施工程放樣時(shí)，內(nèi)業(yè)輸入每個(gè)放樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，以便野外實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確放樣。

　　2.求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)(一般采用此種方法)

　　城市測(cè)量是在地方獨(dú)立坐標(biāo)系上進(jìn)行的，這就存在WGS—84 坐標(biāo)和地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。由于RTK 作業(yè)要求實(shí)時(shí)給出當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作非常重要。根據(jù)總體規(guī)劃和工程需要，求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)參數(shù)可按如下步驟進(jìn)行：首先在測(cè)區(qū)以GPS 靜態(tài)方式布設(shè)均勻分布的高等級(jí)GPS控制點(diǎn)，獲得各點(diǎn)的WGS—84 坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，利用同一點(diǎn)的兩種坐標(biāo)求出轉(zhuǎn)換參數(shù)。注意，為提高轉(zhuǎn)換參數(shù)的可靠性，最好選用4 個(gè)以上的點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)和求解，這樣可通過多種點(diǎn)的匹配方案，檢驗(yàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的正確性及精度。

　　3.RTK 施測(cè)步驟

　　野外作業(yè)時(shí)，基準(zhǔn)站安置在選定的控制點(diǎn)上，打開接收機(jī)輸入點(diǎn)號(hào)、天線高、WGS—84 的已知坐標(biāo);設(shè)置完畢檢查接收的GPS 衛(wèi)星數(shù)≥5 顆。檢查電臺(tái)發(fā)射指示燈是否正常，基準(zhǔn)站設(shè)置完成。流動(dòng)站選擇與基準(zhǔn)站電臺(tái)相匹配的電臺(tái)頻率，檢查電臺(tái)接收指示燈是否正常，檢查接收衛(wèi)星顆數(shù)≥4顆，流動(dòng)站可開始測(cè)量任務(wù)。先聯(lián)測(cè)1—2 個(gè)已知控制點(diǎn)，評(píng)定測(cè)量精度，滿足設(shè)計(jì)要求后開始測(cè)量任務(wù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡(jiǎn)單，外業(yè)測(cè)量采集的實(shí)測(cè)坐標(biāo)通過手簿的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，直接下載到計(jì)算機(jī)內(nèi)。經(jīng)整理、分類、判斷形成文件后直接打印出來。

　　三、RTK 實(shí)測(cè)中注意的問題及對(duì)策

　　RTK 技術(shù)在城市測(cè)量中有廣闊的應(yīng)用前景，但是由于城市特殊的環(huán)境，存在諸多的不利于RTK 作業(yè)的因素，諸如強(qiáng)大的無線電網(wǎng)絡(luò)、高大的建筑物、繁忙的交通等。在大量的實(shí)踐應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)了測(cè)量過程中的許多問題，經(jīng)過認(rèn)真的分析，主要有以下幾方面原因：① 由于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)RTK 的測(cè)量與衛(wèi)星分布以及數(shù)據(jù)鏈的性能有關(guān)，而且各觀測(cè)值都是獨(dú)立觀測(cè)的，所以應(yīng)在開始觀測(cè)前聯(lián)測(cè)其它已知點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，以確定基準(zhǔn)站和流動(dòng)站各參數(shù)設(shè)置是否正確，以及數(shù)據(jù)鏈通訊是否正常。在觀測(cè)一段時(shí)間或儀器失鎖以及觀測(cè)結(jié)束前都進(jìn)行這一檢測(cè)，這樣可以有效地判斷儀器是否處于正常狀態(tài)，從而確保觀測(cè)成果的可靠性。② 為提高觀測(cè)成果的精度，流動(dòng)站宜采用帶支架的對(duì)中桿，這樣流動(dòng)站天線穩(wěn)定性好、對(duì)中整平誤差小，同時(shí)在采集數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)等數(shù)據(jù)跳動(dòng)變化在設(shè)計(jì)要求時(shí)采集。③RTK 作業(yè)時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈不穩(wěn)定的現(xiàn)象。可能是由于流動(dòng)站附近存在與電臺(tái)頻率相同的外界無線電，干擾了數(shù)據(jù)的傳輸。這時(shí)應(yīng)通知基準(zhǔn)站測(cè)量人員重新選擇電臺(tái)發(fā)射頻率，流動(dòng)站也重新選擇接收頻率;也可能是電臺(tái)的電量不足，應(yīng)及時(shí)充電。④ 在RTK 測(cè)量過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在某個(gè)區(qū)域或一個(gè)時(shí)間段里，解算時(shí)間較長(zhǎng)甚至無法獲取固定雙差解的情況。這可能是由于周圍存在如反射性強(qiáng)的建筑物、水面、臨時(shí)停車等反射物引起多路徑現(xiàn)象，可選擇復(fù)位后重新觀測(cè)記錄;也可能沒有足夠的衛(wèi)星可用或衛(wèi)星分布不利，可選擇適當(dāng)提高截止高度角(例10 度或15 度)或刪星。⑤ 在房屋密集區(qū)域，或在林木茂盛的地方，由于天空通視條件的限制，RTK 無法確定其坐標(biāo)位置，應(yīng)采用常規(guī)測(cè)量方法。

　　四、城市測(cè)量應(yīng)用實(shí)例

　　1.測(cè)區(qū)概況

　　某工業(yè)園是規(guī)劃建設(shè)的新區(qū)之一，是今后幾年城市基礎(chǔ)建設(shè)的重點(diǎn)地區(qū)。該測(cè)區(qū)地勢(shì)相對(duì)平緩，高大建筑物較少，對(duì)視空影響不大。除個(gè)別地方外對(duì)RTK 作業(yè)無大的影響。

　　2.確定轉(zhuǎn)換參數(shù)

　　為保證轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度，共加進(jìn)5 個(gè)高等級(jí)GPS控制點(diǎn)，通過多種點(diǎn)的匹配方案，選擇殘差較少、精度較高的一組參數(shù)為最終啟用參數(shù)。

 

　　3.工程應(yīng)用及定位精度比較分析

　　① 工程控制測(cè)量和放樣測(cè)量均采用RTK 作業(yè)。對(duì)同一觀測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)間段進(jìn)行重復(fù)RTK 測(cè)量，坐標(biāo)較差比較見表2;相鄰觀測(cè)點(diǎn)間全站儀實(shí)測(cè)距離和RTK 實(shí)測(cè)距離進(jìn)行抽樣檢查，結(jié)果見表3。由于采用了殘差較小的參數(shù)控制文件，正式工作之前檢測(cè)已知點(diǎn)，觀測(cè)時(shí)利用帶對(duì)中桿的三角支架作業(yè)，提高了觀測(cè)精度。

　　

　　② 測(cè)區(qū)位于某市東南方向，距市中心14 公里。測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦，多路徑效應(yīng)小，大車路縱橫交錯(cuò)，交通極為便利，適合RTK 作業(yè)。重復(fù)測(cè)量同觀測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)較差統(tǒng)計(jì)表，見表4;相鄰觀測(cè)點(diǎn)間全站儀實(shí)測(cè)和RTK 實(shí)測(cè)距離抽樣檢查，見表5。

　　根據(jù)工作應(yīng)用來看，RTK 作業(yè)既可以實(shí)時(shí)提供點(diǎn)位坐標(biāo)和高程，又可實(shí)時(shí)知道測(cè)量點(diǎn)位精度，能夠極大的提高工作效率。只要在作業(yè)過程中加強(qiáng)檢核、采用對(duì)中誤差較小的支架、遠(yuǎn)離無線電發(fā)射電臺(tái)、避免多路經(jīng)效應(yīng)，RTK 測(cè)量完全能夠滿足城市建設(shè)的需要。

　　五、結(jié)束語

　　綜上所述，RTK 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)是繼GPS全球定位技術(shù)之后, 測(cè)量領(lǐng)域的又一次技術(shù)革命。它改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式, 能夠?qū)崟r(shí)提供厘米級(jí)定位精度, 在不通視的條件下遠(yuǎn)距離傳輸3維坐標(biāo)。應(yīng)用于城市測(cè)量中, RTK 能夠快速準(zhǔn)確地布設(shè)導(dǎo)線網(wǎng), 彌補(bǔ)由于城市日星月異的發(fā)展造成的低等級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)的毀壞, 減輕由于城市高速發(fā)展而給測(cè)繪人員造成的時(shí)間壓力。當(dāng)然,RTK 技術(shù)快速、靈活的作業(yè)方式有賴于足夠的衛(wèi)星數(shù)、穩(wěn)健的數(shù)據(jù)鏈、較小的多路徑效應(yīng)等外界條件, 在城市環(huán)境下更顯得突出, 有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無法正常作業(yè)的情況, 這就需要不斷完善RTK技術(shù), 探討先進(jìn)的作業(yè)方式。