摘要:筆者結合多年從事工程測量的相關工作經驗,在文中從RTK技術在工程測量中的幾個方面進行了論述及探討。
　　關鍵詞:RTK;工程測量;地形;水下;應用
　　前言
　　GPS(全球定位系統)作為測量定位新技術,廣泛應用于陸海空領域的導航和定位測量,近年來,隨著GPS技術不斷發展,GPS系統進一步穩定和完善,以及相應硬、軟件的提高,GPSRTK技術其簡單高效的特點被廣泛應用于地形圖測繪、工程放樣、控制測量以及導航等方面,得到了很快的普及和發展。特別是在大地測量及工程測量應用領域中產生了前所未有的影響。GPS實時動態差分RTK(Real-Time-Kinematic)技術的迅速發展和完善在常規測量領域里越來越得到廣泛的應用。
　　1RTK的工作原理
　　實時動態差分RTK測量系統,是GPS測量技術與數據通訊傳輸技術相結合而構成的系統。RTK差分技術目前有3種方法:坐標差分、偽距差分及載波相位差分。而采用載波相位為基本觀測量的差分定位方法是目前GPS定位中精度最高的一種方法,其相對定位精度可達10～1ppm以上。RTK(系統的最低配置可包括三部分:(1)基準站接收機;(2)流動站接收機,包括支持RTK的軟件系統;(3)數據鏈,包括基準站的發射電臺及流動站的接收電臺。RTK的作用距離很大程度上取決于數據鏈,一般可達10km～40km左右,當使用GSM通信網絡作為數據鏈時,其作用距離更長,目前最大可達70km。作業時基準站接收機設在有已知坐標的參考點上,連續不斷接收GPS衛星信號,并將測站坐標觀測值(偽距和相位的原始測量值)、衛星跟蹤狀態及接收機工作狀態等通過發射電臺發送出去,流動站在跟蹤GPS衛星信號的同時接收來自基準站的數據,通過最小二乘搜索法OTF(Onthefly)解求載波相位整周模糊度,再通過相對定位模型獲取所在點相對基準站的坐標和精度指標。OTF算法是目前儀器廠家普遍采用的技術,它可以使得RTK的初始化在幾分鐘乃至幾秒鐘內完成,而無需讓儀器進行以往的靜態初始化。
　　采用OTF算法技術的雙頻載波相位RTK,經過幾至十幾秒鐘的OTF初始化即可達到厘米級的測量精度。RTK測定點位坐標的時間一般為2s～10s,目前市面上儀器的測量標稱精度一般可達平面1cm±1ppm,高程為2cm±1ppm。且具有如下測量功能。
　　(1)測定點位的坐標,并顯示坐標精度。(2)實時進行點、線的放樣,結果及圖形實時顯示。(3)實時記錄運動軌跡、導航。(4)求解坐標轉換參數。(5)失鎖后重新快速動態初始化。
　　2測量的誤差源及局限性
　　(1)GPS誤差源。GPS測量中出現的各種誤差按其來源大致可分為三類。①與衛星有關的誤差。主要包括衛星星歷誤差、衛星鐘的誤差、地球自轉的影響和相對論效應的影響等;②信號傳播誤差。主要為電離層影響、對流層影響、多路徑效應的影響等;③觀測設備和接收設備即儀器誤差的影響也很大。通常可通過采用適當的方法減弱或消除上述誤差的影響。
　　(2)RTK的誤差源。①基準站點位精度的影響;②模糊度解算誤差;③動態基線解算誤差;④坐標系統轉換誤差;⑤天線對中等人為產生的誤差。
　　其中②③項的解算,程序已被編入主機,其誤差已得到了控制,坐標系統轉換誤差在于如何解算坐標轉換參數。因此,外業過程中特別注意氣泡居中,減少偶然誤差,消除人為誤差,以提高精度。
　　(3)局限性。①在樹木茂密及城市高樓地區,GPS信號受到遮擋,無法作業;②數據鏈受發射功率及地形障礙物阻擋影響,致使RTK作用距離有限,一般丘陵地區,城區為5km;③數據鏈容易受到干擾,距房屋、樹木較近處信號接收較困難。在稍有樹木遮擋的地方需幾十分鐘才能測定坐標。
　　3RTK在測量工作中的應用
　　3.1RTK用于地形測量
　　由于RTK測量隨時都能顯示當前位置的三維坐標,因此可利用RTK來測量地形地物點,并記錄該點的序號和特征值,內業采用數字化成圖軟件,實際作業中對獨立地物的測量序號應盡量連續,如測量房屋,應圍繞房角至少測2個(對角線)或3個點,測量池塘要連續測完,并注明從xx～xx詳細代為何地物,和現場勾畫草圖。外業結束后,再根據草圖繪制地形圖。由于采取勾繪草圖與清繪為同一個人,對自己所測過的點都十分清楚,很容易把一天所測繪地形地物進行成圖。
　　3.2RTK用于控制測量
　　由于RTK測量在20km內點位平面標稱精度為±3cm,根據控制測量規范要求Ⅰ級導線點的點位誤差為±3cm,從理論上講RTK測量完全可以滿足Ⅰ級以下導線點的技術規范要求。
　　在某工程道路放樁RTK測量中,我們對距離基準站1km～6km的一些四等GPS控制點采用一點法進行檢核比較,結果表明平面坐標分量最大差值為3.1cm,高程最大差值為4.9cm,完全符合Ⅰ級導線點的規范精度要求。
　　在某工程1∶1000數字地形圖測繪任務中,測區長約7km,寬0.7km,面積約5km2。整個測區采用AshtechZ-X雙頻GPS接收機用靜態法共布測了5個四等GPS點,21個一級GPS點,點位均勻分布,最弱點點位中誤差為(Mx:4.0cm,My:3.9cm),并聯測了四等水準高程。為了進一步檢核AshtechZ-X雙頻GPS系統的測量精度,采用GPS控制點聯測法均勻地檢測了其中12個GPS控制點,基準站設在測區中間。其X坐標中誤差為±3.1cm,Y坐標中誤差為±2.3cm,H高程中誤差為±5.0cm,結果完全可滿足Ⅰ級導線點(5″以下)的規范精度要求。
　　盡管GPS測量的標稱精度及實測精度完全滿足Ⅰ級導線點5″點以下的規范精度要求,但目前的規范對利用GPS測量進行Ⅰ級導線甚至更高的精度的控制測量,其采集數據的方法,數量等等還沒有明確的規定,因此還需要用大量的實踐來證實。實際測量中還必須采取足夠的檢核手段,確保測量的確性。
　　4應用RTK作業應注意的問題
　　(1)GPS作業由于每個測點都是獨立的觀測量,缺乏相關聯的檢核手段。因此,在作業前后,在測區內找均勻分布的已知控制點進行檢核,是目前較好的檢核手段。(2)坐標轉換方法,如控制聯測法,單點法等所測量的點位精度不同,作業時應依據任務要求,測區大小使用不同的方法。(3)RTK采用VHF超高頻無線電波做數據鏈,容易受到電信發射塔。無線電臺。高壓電以及地形起伏條件的影響、因此,基準站應盡可能遠離干擾源,并位于地勢高處,對天條件要好。