RTK工程测量应用研究

目前, 实时动态测量技术 (Real Time Kinematic, 简称RTK) 以其实时、高效、不受通视条件限制等优点, 已广泛应用于工程控制测量、像片控制测量、施工放样测量及地形碎部测量等诸多方面, 倍受用户青睐。但是, 相对于GPS静态测量, RTK的实时性也给测量人员提出了更高的要求。因为RTK测量缺少必要的检核条件, 作业时如果操作失误或某些技术问题处理不当, 都将会给测量成果带来严重影响。因此, 及时了解RTK的技术特点及提高RTK测量成果精度的关键技术, 对RTK测量将大有裨益。

1 RTK的原理

RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量, 它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的厘米级精度的三维定位结果。RTK测量系统通常由3部分组成, 即GPS信号接收部分 (GPS接收机及天线) 、实时数据传输部分 (数据链, 俗称电台) 和实时数据处理部分 (GPS控制器及其随机实时数据处理软件) 。

RTK测量是根据GPS的相对定位理论, 将一台接收机设置在已知点上 (基准站) , 另一台或几台接收机放在待测点上 (移动站) , 同步采集相同卫星的信号。基准站在接收GPS信号并进行载波相位测量的同时, 通过数据链将其观测值、卫星跟踪状态和测站坐标信息一起传送给移动站;移动站通过数据链接收来自基准站的数据, 然后利用GPS控制器内置的随机实时数据处理软件与本机采集的GPS观测数据组成差分观测值进行实时处理, 实时给出待测点的坐标、高程及实测精度, 并将实测精度与预设精度指标进行比较, 一旦实测精度符合要求, 手薄将提示测量人员记录该点的三维坐标及其精度。

2 RTK测量的特点

2.1 RTK测量的误差

RTK测量的误差同GPS静态定位的误差类似, 一般可分为两类, 即同测站有关的误差和同距离有关的误差。

同测站有关的误差包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素影响等。其中多径误差是RTK定位测量中最严重的误差。同距离有关的误差包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。

2.2 整周模糊值

研究表明, 确定整周模糊值 (即初始化的时间和可靠性, 是RTK系统能否实时、准确定位的关键。

在正常条件下, 地面两点间距离较短时, 系统能够模拟电离层和对流层的影响, 其残余影响也可通过对观测值的差分处理予以消除或减弱。但电离层的电子含量会随时空发生剧烈变化, 卫星信号到达基准站和移动站将有不同的影响, 且基线越长, 影响越大, 当电离层剧烈活动时, 将导致周跳或失锁, 即使是短基线也需要大大延长观测时间才能固定整周模糊值, 严重时 (如太阳黑子爆发时) 甚至根本不能固定整周模糊值。

2.3 数据链

RTK测量时, 移动站需要实时地接收基准站播发的差分信号 (观测值及相关数据) , 才能求定待定点的位置。因此, 能否连续地、可靠地接收基准站播放的信号, 是RTK能否成功的决定因素, 也是制约RTK测程的关键因素。

2.4 坐标系统

RTK与GPS静态测量一样, GPS接收机接收的卫星信号经数据处理后, 首先得到的是地心坐标系 (WGS84) 坐标, 而在测绘工程中应用的通常是地方坐标系的平面直角坐标 (1980年西安坐标系、1954年北京坐标系或地方独立坐标系等) , 其高程一般为正常高。因此, 为了把MGS84坐标系坐标转换为地方坐标系坐标, 作业前首先要根据坐标转换关系式求解两种坐标系间的转换参数。

3 作业过程

3.1 启动基准站

将基准站架设在上空开阔、没有强电磁干扰、多路径误差影响小的控制点上, 正确连接好各仪器电缆, 打开各仪器, 对基准站进行配置完毕后, 在“测量”主菜单中选择“启动基准站接收机”, 输入基准站的坐标信息, 输入完毕后, 就可以启动基准站“开始”进行测量了。当基准站启动完成后, 控制手薄显示屏上会提示“切断接收机和控制器的连接”。

3.2 建立新任务, 定义坐标系统

定义要使用的作业名称, 所有的键入信息和观测数据都保存在该项作业中;可以以多种方式定义坐标系统, 通常我们选择无投影/无基准, 坐标显示方式选择“grid” (网格) , 水准面模型选择“否”, 因为我们首次在进入一个区域进行测量之前, 通常需要通过点校正方式来求得坐标转换参数。

3.3 点校正

GPS测量的为WGS-84系坐标, 而我们通常需要的是在流动站上实时显示国家坐标系或地方独立坐标系下的坐标, 这需要进行坐标系之间的转换, 即点校正。

3.4 流动站开始测量

用手薄控制器引导接收机开始测量后, 首先, 仪器进行初始化, 也就是进行整周模糊度的固定, 这个需要大约1min左右。当初始化完成后, 控制器提示“初始化完成”这时候就可以进行RTK测量了, 在状态框中, 显示测量的水平精度和垂直精度。

(1) 单点测量。在主菜单上选择“测量”图标打开, 测量方式选择“RTK”, 再选择“测量点”选项, 即可进行单点测量。注意要在“固定”解状态下, 才开始测量。单点测量观测时间的长短与跟踪的卫星数量、卫星图形精度、观测精度要求等有关。当“存储”功能键出现时, 若满足要求则按“存储”键保存观测值, 否则按“取消”放弃观测。

(2) 放样测量。在进行放样之前, 根据需要“键入”放样的点、直线、曲线、DTM、道路等各项放样数据。当初始化完成后, 在主菜单上选择“测量”图标打开, 测量方式选择“RTK”, 再选择“放样”选项, 即可进行放样测量作业。

4 工程地形测量应用实例

广东某工程1, 5000地形图测量中, 我院采用GPSR TK技术很好的完成了测量任务。该测区面积约11km2, 属于山岭重丘地区, 植被茂密、地形复杂、通视条件差, 如果采用常规方法是不可能在短时间内完成任务的, 我院采用RTK技术, 仅需一人背着一台流动站在要测的地形地貌碎部点待上1~2s, 并同时输入特征编码, 通过手簿可以实时知道点位精度, 把一个区域测完后回到室内, 由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图, 这样用RTK仅需一人操作, 不要求点间通视, 大大提高了工作效率。在该工程地形测量中, 我院共计5人 (1台基准站, 3台流动站) 在7天内高精度完成了测区内的测图工作。

5 结语

(1) 校正点的分布与数量。一般要求在一个工作区域的范围内至少有4个校正点, 用户可根据实际情况酌情增加, 对其分布, 最好使工作区域包含在校正点所形成区域内, 因在之外的工作区域测量精度会有所降低, 随距离渐降。另外, 校正点尽量在工作区域外围分布均匀。

(2) 用手簿进行RTK点校正的优点。可以先在一个已知点上作测量校正点, 然后可进行其他测量工作 (测量地形点, 放样等) , 在走到另一个已知点 (拟做校正点) 时, 可再做测量校正, 然而此前测量的未知地形点坐标会随校正点增加而精度提高, 坐标值也会改变 (因校正点多精度高, 参数越准确) 这样就大大提高了效率。

摘要：本文基于笔者多年从事RTK相关测量的工作经验, 研究探讨了RTK工程测量的特点及测量中的技术关键, 文章首先简要介绍了RTK的原理, 而后从四个方面探讨了RTK工程测量的技术特点, 这些特点都是笔者基于实际工作经验的总结, 在此基础上, 笔者详细给出了RTK工程测量的作业过程, 并结合笔者曾经参与的工程探讨了RTK测量所体现的优越性, 相信本文的研究对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：RTK,工程测量,原理,特点,作业过程