莫日根，李淑娟

(中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心內蒙古總隊,內蒙古 呼和浩特 010051)

隨著測繪技術的長足發(fā)展，不斷涌現(xiàn)的新儀器、新方法、新技術逐步取代了傳統(tǒng)光學儀器。目前在基礎測繪方面，GPS-RTK成為工程人員首要的選擇。其能夠克服GPS的作業(yè)時間長、數(shù)據需要進行內業(yè)處理等缺點，具有全天候、高精度、無需光學通視的特點，而且還可以為測量提供實時的定位結果，可以說GPS-RTK這一新成果的應用拓展是測量方法的又一重大突破，這項技術被人們稱為“GPS全站儀”[1]。

與此同時，GPD-RTK在工程測量的應用還使得測量朝著電子化、數(shù)字化、自動化和智能化方向發(fā)展，使得測繪人員從繁重的腦力勞動和體力勞動中解放出來。

1 原理及工程應用

1.1 RTK基本原理

GPS-RTK定位技術[2,5]基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標中的三位定位結果，并能達到厘米級精度。實時動態(tài)載波相位差分GPS系統(tǒng)由基站、數(shù)據通訊鏈流動站以及支持動態(tài)差分的軟件系統(tǒng)共同組成?；鶞收窘邮諜C設在位置點上(已知點或未知點)，連續(xù)接收可視GPS衛(wèi)星信號，通過基準站電臺(數(shù)據通訊鏈)將測站點坐標、載波相位觀測數(shù)值、偽距觀測數(shù)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)等發(fā)出，流動站接收機在跟蹤GPS衛(wèi)星信號的同事接收來自基準站的數(shù)據鏈，通過差分處理求解載波相位整周模糊度，得到基準站和流動站之間的坐標差值ΔX、ΔY、ΔZ。坐標差加上基準站坐標就可以得到流動站的WGS84坐標，再通過坐標轉換得到流動站每個測點的地方坐標系的平面坐標x、y和高程坐標h。RTK技術的關鍵在于數(shù)據處理技術和數(shù)據傳輸技術，其定位時要求基準站的接收機通過民用電臺或無線通訊網絡實時地把相位觀測值、偽距觀測值及已知數(shù)據有傳輸給流動站接收機。

基準站一般架設在已知點上，點位通常位于測區(qū)中心，要求視野開闊，周圍無高大障礙物，遠離電磁信號和大面積水面。

1.2 工程應用

(1)控制測量。

工程控制網在建設工程有重要作用，它是工程建設、管理和維護的基礎，其網型和精度要求與建設工程項目的性質、規(guī)模等密切相關。一般而言，四等以下工程控制網覆蓋面積小，點位密度大，精度要求較高。傳統(tǒng)方法采用三角網、導線網來實施，其大多數(shù)需要分段測量，有精度分布不均勻、不能實時知道實測精度等缺點，由于客觀及主觀原因，往往會造成大量的返工，費工費時。RTK技術可以代替全站儀進行圖根導線測量，所測范圍內在不通視的情況下測定無積累誤差的圖根點，使測圖所需的根點數(shù)量在滿足要求時，可多可少，機動靈活，而且流動點至參考點的距離可達到10km[4]，能夠減少傳遞。RTK技術用于常規(guī)工程測量具有很大優(yōu)越性。

(2)工程放樣。

工程放樣是測量的一個應用分支[5]，要求通過一定方法利用測繪儀器把設計好的點位在實地標出來，傳統(tǒng)放樣方法很多，如經緯儀交匯放樣、全站儀邊角放樣等。工程實際中，一般要放樣出一個設計點的點位往往要來回移動目標，而且通常要幾人同時作業(yè)，效率低下且在放樣過程中對通視條件有要求。若采用RTK技術，僅需要一個工作人員將設計好的實點位坐標、曲線轉角、半徑等點位信息輸入到電子手薄中，拿著GPS接收機便能完成工作。采用RTK技術進行放樣、標定點位，是坐標的直接標定，不像常規(guī)放樣，需要后視方向，其原理是解析法標定，因而具有迅疾、方便、精準等諸多優(yōu)點。

(3)地形碎部測量。

地形測圖時首先要在測區(qū)建立圖根和控制點，然后架設儀器，采用經緯儀配合全站儀和電子手薄一起進行地物編碼。在城市空曠地區(qū)、建筑物不太稠密的住宅區(qū)等通透地方，RTK能迅速地完成碎部測量作業(yè)。在夜間作業(yè)，比傳統(tǒng)測量作業(yè)方便很多。在市區(qū)中心等建筑物稠密地段，有時GPS會出現(xiàn)盲區(qū)，導致初始化時間長或是失鎖，影響測量速度，可采用RTK增補圖根導線點，配合其他儀器進行碎部測量。這樣可以大大提高工作效率。采用RTK測圖時，將GPS接收機放在待定特征點上數(shù)秒鐘，并輸入特征編碼，通過手薄可以實時知道點位精度，把一個區(qū)域測繪完成回到室內，有專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖。

采用RTK配合電子手薄還可以測量各種比例尺的鐵路線帶、公路管線地形圖等，也有其配合測探儀用于水庫地形圖和航海海洋測繪的例證。

2 技術特點

2.1 誤差來源和測量精度

RTK定位的誤差，一般分為兩類：同儀器和干擾有關的誤差以及同距離有關的誤差。同儀器和干擾誤差可通過各種校正方法予以消除；同距離有關誤差消除的主要途徑為多基站技術。

(1)同儀器和干擾有關的誤差。

天線的機械中心和相位中心一般不重合，而且電子相位中心是變化的，它取決于接受信號的頻率、方位角、高度角等。天線相位中心的變化導致的坐標點的誤差通常在3～5cm。若要提高RTK的精度需對天線檢驗校正。

多路徑誤差是RTK測量中最嚴重的誤差，其取決于天線周圍的環(huán)境，誤差通常在5～10cm，高反射環(huán)境下可超過10cm。消除多路徑誤差可選擇地形開闊、不具有反射面的點位，必要時也可在基準站附近鋪設吸收電波材料的方式予以消除或減弱。

信號干擾和氣象因素也會導致RTK產生誤差。信號干擾源有無線電發(fā)射源、雷達裝置、高壓線等，基準站選擇設置在離無線電發(fā)射臺200m之外，離高壓線50m之外能有效避免其干擾，減小誤差?？焖龠\動的氣象峰面，可導致1～2cm的觀測誤差。因此，天氣急劇變化時不宜進行RTK測量。

(2)同距離有關的誤差。

軌道誤差通常情況下可不考慮，但對基線很長達到30km的測量，應重視由軌道誤差引起的誤差。

電離層的存在會引起電磁波傳播延緩進而產生誤差，其誤差的大小與電磁波的延遲度和電離層的電子密度密切相關。利用雙頻接收機將觀測值進行線性組合可消除電離層誤差。實際上RTK技術一般都考慮了上述辦法，但在太陽黑子爆發(fā)期，不宜RTK測量。

RTK采用差分法降低了載波相位測量改正后的殘余誤差，使得測量精度提高。相關研究和工程實踐表明RTK測量能達到厘米級精度。RTK測量平面精度在數(shù)據信號接收半徑R≤4000m是能夠保證較高精度，當R≥4000m時測量誤差明顯增大。另外作業(yè)時接收到衛(wèi)星數(shù)量越小，RTK測量誤差越大。因此，相關研究表明RTK測量在接收5顆以上衛(wèi)星時，便能達到一定的測量精度。

2.2 RTK的特點

(1)定位精度高：只要滿足2.1條中描述的RTK基本技術特點，在一定的作業(yè)半徑(當R≥4000m)范圍內，RTK的平面精度和高程精度能達到厘米級[6]。

(2)工作效率高：由于RTK在較大范圍內能保證很高的精度，這減少了傳統(tǒng)測量所需要的控制點數(shù)量和測量儀器的設站數(shù)量，且移動站僅需一人操作便能夠完成，具有作業(yè)速度快、勞動強度低的特點，因而提高了工作效率。

(3)操作簡單：現(xiàn)在的測量儀器一般都有中文菜單，測量時，只要在設站進行簡單的設置，就可以測量。輸入、儲存、處理、轉換和輸出能力強，測量儀器及相關通訊工具易于使用。

(4)全天候作業(yè)：和傳統(tǒng)測量受通視條件、能見度條件、氣候、天氣、季節(jié)等條件因素限制相比，RTK測量不要求基準站與移動站間的光學通視，因而在滿足RTK基本工作條件下，測量工作變得簡單、便捷，且能保證精度要求。

(5)RTK測量自動化、集成化程度高，數(shù)據處理能力強：RTK可進行多種測量內、外作業(yè)。移動站利用專業(yè)軟件控制系統(tǒng)，減少人工干預可自動實現(xiàn)多種測繪功能。

2.3 RTK的局限性

(1)衛(wèi)星的限制：5顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，因而在有大面積反射物的地方RTK就無法定位，如高層建筑附近，森林茂密是的山地等。

(2)沒有圖形約束，缺少多余觀測，需要通過側前、測中、側后的固定點校核提高可靠性。

3 結論

GPS-RTK技術不僅能達到較高的定位精度，而且大大提高了測量的工作效率，通過相應的數(shù)據處理程序，很大程度上減少了測量人員的內外勞動作業(yè)時間和作業(yè)強度。隨著技術不斷發(fā)展，其在工程測量的應用正變的越來越頻繁，普及和推廣也勢在必行，RTK技術在工程測量領域有廣闊的應用前景。

[1]王亞軍,楊俊生.GPS在城市控制測量中的應用[J].隧道建設,2003(6):6-23.

[2]徐勇.淺議GPS工程測量技術的原理[J].科技論壇,2010(5):1-14.

[3]陳文彬.基于GPS的工程測量技術研究與應用[J].安陽工學院學報,2010(3):1-8.

[4]徐海東.GPS定位系統(tǒng)在工程測量中的應用探討[J].城市建設理論研究,2011(23):4-24.

[5]王國祥,梅熙.GPS-RTK技術在工程測量中的應用[J].四川測繪,2001,24(4):166-167,171.

[6]徐良,過靜珺.基于GPS-RTK技術的虎門大橋位移實時監(jiān)測和數(shù)據分析[J].工程勘察,2001(1):47-48.