RTK在城市測量中的應(yīng)用
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
摘要：RTK技術(shù)，是GPS 測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS 測量技術(shù)中的一個新突破。文章闡述了RTK的含義、系統(tǒng)的組成以及其在測量領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，并結(jié)合實際舉例其在城市測量中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：RTK；GPS；城市測量
0 引言
隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的快速發(fā)展，RTK（Real Time Kinematic）測量技術(shù)也日益成熟，RTK測量技術(shù)逐步在測繪中得到應(yīng)用。RTK測量技術(shù)因其精度高、實時性和高效性，使得其在城市測繪中的應(yīng)用越來越廣。
1 RTK技術(shù)概述
實時動態(tài)(RTK) 測量系統(tǒng)，是GPS 測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS 測量技術(shù)中的一個新突破。RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS 測量技術(shù)，其基本思想是： 在基準(zhǔn)站上設(shè)置1 臺GPS 接收機(jī)，對所有可見GPS 衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS 接收機(jī)在接收GPS 衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地解算整周模糊度未知數(shù)并計算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。通過實時計算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測基準(zhǔn)站與用戶站觀測成果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，實時地判定解算結(jié)果是否成功，從而減少冗余觀測量，縮短觀測時間。RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS 接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。
軟件系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r解算出流動站的三維坐標(biāo)的功能。RTK 測量技術(shù)除具有GPS 測量的優(yōu)點外，同時具有觀測時間短，能實現(xiàn)坐標(biāo)實時解算的優(yōu)點，因此可以提高生產(chǎn)效率。實時動態(tài)定位如采用快速靜態(tài)測量模式，在15 km 范圍內(nèi)，其定位精度可達(dá)1～2 cm ，可用于城市的控制測量。RTK測量系統(tǒng)的開發(fā)成功，為GPS 測量工作的可靠性和高效率提供了保障，這對GPS測量技術(shù)的發(fā)展和普及，具有重要的現(xiàn)實意義。
2 RTK技術(shù)的應(yīng)用
2.1控制測量
為滿足城市建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)測繪的需要，城市控制網(wǎng)具有控制面積大、精度高、使用頻繁等特點，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級導(dǎo)線大多位于地面，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，這些點常被破壞，影響了工程測量的進(jìn)度，如何快速精確地提供控制點，直接影響工作的效率。常規(guī)控制測量如導(dǎo)線測量，要求點間通視，費工費時，且精度不均勻。GPS 靜態(tài)測量，點間不需通視且精度高，但需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實時知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。應(yīng)用RTK技術(shù)將無論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢。
2. 2 像控點測量
像控點測量是航空攝影測量外業(yè)主要工作之一，傳統(tǒng)的方法要布設(shè)大量的導(dǎo)線來測量部分平高點，內(nèi)業(yè)再空三加密。采用RTK技術(shù)測量，只需在測區(qū)內(nèi)或測區(qū)附近的高等級控制點架設(shè)基準(zhǔn)站，(若測區(qū)內(nèi)或測區(qū)附近無高等級控制點，可先加密) ，流動站直接測量各像控點的平面坐標(biāo)和高程，對不易設(shè)站的像控點，可采用手簿提供的交會法等間接的方法測量。像控點的精度要求對于RTK測量來說是不難達(dá)到的。與傳統(tǒng)作業(yè)相比較，它不需要逐級布設(shè)控制點;與靜態(tài)GPS 測量相比，縮短了作業(yè)時間，因而大大提高了作業(yè)效率，功效至少提高3～5 倍。
2. 3線路中線定線
RTK測量技術(shù)用于市政道路中線或電力線中線放樣，放樣工作一人也可完成。將線路參數(shù)如線路起終點坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等輸入RTK的外業(yè)控制器，即可放樣。放樣方法靈活，即能按樁號也可按坐標(biāo)放樣，并可以隨時互換。放樣時屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動，直到誤差小于設(shè)定的為止。
2. 4建筑物規(guī)劃放線
建筑物規(guī)劃放線，放線點既要滿足城市規(guī)劃條件的要求，又要滿足建筑物本身的幾何關(guān)系，放樣精度要求較高。使用RTK進(jìn)行建筑物放樣時需要注意檢查建筑物本身的幾何關(guān)系，對于短邊，其相對關(guān)系較難滿足。在放樣的同時，需要注意的是測量點位的收斂精度，如果點位收斂精度不高的情況下，強制測量則有可能帶來較大的點位誤差。在點位精度收斂高的情況下，用RTK進(jìn)行規(guī)劃放線一般能滿足要求。
2. 5用地測量
在建設(shè)用地勘測定界測量中，RTK技術(shù)可實時地測定界址點坐標(biāo)，確定土地使用界限范圍，計算用地面積，在土地分類及權(quán)屬調(diào)查時，應(yīng)用RTK技術(shù)可實時測量權(quán)屬界限、土地分類修測，提高了測量速度和精度。
2. 6其他方面測量
RTK技術(shù)還可用于地形測量、水域測量、管線測量、房產(chǎn)測量等方面。用RTK測圖，可不用布設(shè)圖根控制，僅依據(jù)少量的基準(zhǔn)點，即可直接測定地形地物點坐標(biāo)，如果用專業(yè)測圖軟件，通過電子手簿記錄即可實現(xiàn)數(shù)字化測圖。在水下地形測量是，RTK能自動導(dǎo)航和按距離或時間間隔自動采點，只要將天線高量至水面，加水深改正后，即可高精度的實時測定水下地形點的三維坐標(biāo)，由專業(yè)軟件成圖。
3 GPS RTK 在城市測量中的應(yīng)用實例分析
下面以漳州市某城區(qū)地籍測量工程中GPS RTK測量技術(shù)的應(yīng)用為例，闡述該技術(shù)的應(yīng)用情況。測區(qū)位于漳州某城區(qū)，該城區(qū)為工業(yè)區(qū)和居民生活區(qū)，城市建構(gòu)筑物密集，交通繁忙，無線電信號復(fù)雜，街道兩旁樹木密集。本次需測量的宗地地塊遍布整個城區(qū)，總測量面積約20 km2，分布區(qū)域近45 km 2，權(quán)屬關(guān)系復(fù)雜，用地種類較多，宗地數(shù)目多，權(quán)屬界址點數(shù)量大，采用常規(guī)測量手段施測十分困難，很難在短時間內(nèi)完成所有宗地的權(quán)屬界址點測量工作，以滿足宗地權(quán)屬單位對地籍測量工作的要求。采用GPS RTK 測量技術(shù)作為本測區(qū)宗地權(quán)屬界址點坐標(biāo)的實測技術(shù)手段，在充分調(diào)研論證并通過試驗檢測認(rèn)證的基礎(chǔ)上全面實施，取得了比較好的效果。
其作業(yè)過程如下：
選取精度高、可靠性好的城市基本控制網(wǎng)點作為RTK 測量的工作基準(zhǔn)
在試用試驗階段，針對所選用的GPS 儀器，得出了該城區(qū)流動站在作用距離為4 km 范圍內(nèi)，能高質(zhì)量、清晰地接收基準(zhǔn)站發(fā)出的數(shù)據(jù)。以此為參考數(shù)據(jù)，選定了分布于該城區(qū)的城市D 級GPS 三維控制網(wǎng)點7 點，組成本次地籍測量工作的基準(zhǔn)框架網(wǎng)，并利用7 個控制點的W GS- 84 坐標(biāo)系和1954 年北京坐標(biāo)系成果計算出用于GPS RTK 測量的7 個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
（2）GPS RTK 定位精度試驗
選取1 個GPS RTK 測量基準(zhǔn)網(wǎng)點，架設(shè)RTK 基準(zhǔn)站，流動站在離基準(zhǔn)站4km 范圍內(nèi)，有目的地施測了原本市城市5"級控制點、E 級GPS 控制點和宗地權(quán)屬界址點共計19 個點，并采用靜態(tài)GPS 測量技術(shù)、全站儀測量技術(shù)測量宗地權(quán)屬界址點坐標(biāo)，將這些測量結(jié)果、已知成果與RTK
測量結(jié)果相比較，其較差列于表1 中。
表1 測量結(jié)果、已知成果與RTK 測量結(jié)果比較表
（3）RTK 定位精度評價
從上表中比較數(shù)據(jù)可以看出： RTK 測量結(jié)果與其他測量技術(shù)獲取的測量結(jié)果互差均在厘米級，其中互差最大為1. 8 cm ，最小為0. 3 cm ，平均為1. 12 cm。可以認(rèn)為GPS RTK 測量結(jié)果的點位精度達(dá)到厘米級，而且各點位之間不存在誤差累積，克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的弊病，完全能滿足城鎮(zhèn)地籍測量對權(quán)屬界址點的測量精度要求。
（4）采用GPS RTK 測量技術(shù)施測界址點坐標(biāo)
在檢測試驗取得成功的基礎(chǔ)上，以RTK 基準(zhǔn)框架網(wǎng)點為基礎(chǔ)，分別架設(shè)GPS 基準(zhǔn)站，使用
1+ 2 工作模式，用兩套GPS RTK 接收機(jī)作為流動站進(jìn)行測量。
由于所用GPSRTK系統(tǒng)的發(fā)射電臺只有4W ，十分省電，電，中途不需更換電池，就可使用1天，十分方便; 流動站在第1 次測量時，在一已知點上作RTK 測量，其測量結(jié)果與已知點進(jìn)行比較，從而檢查RTK 系統(tǒng)是否工作正常及基準(zhǔn)站坐標(biāo)輸入是否正確; 最后，將GPS 獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入計算機(jī)，可及時地精確地獲得界址點圖形信息，準(zhǔn)確地制作宗地圖、地籍圖，計算宗地面積等。
4 總結(jié)
RTK在控制測量以及施工放樣中有著廣泛的運用，比傳統(tǒng)的測量儀器的測量，它有著省時省工且精度高等特點，但其在碎部測量中的應(yīng)用還是有一定的限制。在進(jìn)行測量時，主要注意事項是基準(zhǔn)站選擇要在比較中心、位置空曠開闊的至高點上，且周圍無磁場的影響，這樣流動站接收的信號好。并把觀測成果與首級控制成果進(jìn)行整體平差，這樣動態(tài)觀測經(jīng)平差后的精度就較高。
關(guān)鍵詞：RTK；GPS；城市測量
0 引言
隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)的快速發(fā)展，RTK（Real Time Kinematic）測量技術(shù)也日益成熟，RTK測量技術(shù)逐步在測繪中得到應(yīng)用。RTK測量技術(shù)因其精度高、實時性和高效性，使得其在城市測繪中的應(yīng)用越來越廣。
1 RTK技術(shù)概述
實時動態(tài)(RTK) 測量系統(tǒng)，是GPS 測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，是GPS 測量技術(shù)中的一個新突破。RTK測量技術(shù)是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS 測量技術(shù)，其基本思想是： 在基準(zhǔn)站上設(shè)置1 臺GPS 接收機(jī)，對所有可見GPS 衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)送給用戶觀測站。在用戶站上，GPS 接收機(jī)在接收GPS 衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位原理，實時地解算整周模糊度未知數(shù)并計算顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。通過實時計算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測基準(zhǔn)站與用戶站觀測成果的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，實時地判定解算結(jié)果是否成功，從而減少冗余觀測量，縮短觀測時間。RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS 接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。
軟件系統(tǒng)具有能夠?qū)崟r解算出流動站的三維坐標(biāo)的功能。RTK 測量技術(shù)除具有GPS 測量的優(yōu)點外，同時具有觀測時間短，能實現(xiàn)坐標(biāo)實時解算的優(yōu)點，因此可以提高生產(chǎn)效率。實時動態(tài)定位如采用快速靜態(tài)測量模式，在15 km 范圍內(nèi)，其定位精度可達(dá)1～2 cm ，可用于城市的控制測量。RTK測量系統(tǒng)的開發(fā)成功，為GPS 測量工作的可靠性和高效率提供了保障，這對GPS測量技術(shù)的發(fā)展和普及，具有重要的現(xiàn)實意義。
2 RTK技術(shù)的應(yīng)用
2.1控制測量
為滿足城市建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)測繪的需要，城市控制網(wǎng)具有控制面積大、精度高、使用頻繁等特點，城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級導(dǎo)線大多位于地面，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，這些點常被破壞，影響了工程測量的進(jìn)度，如何快速精確地提供控制點，直接影響工作的效率。常規(guī)控制測量如導(dǎo)線測量，要求點間通視，費工費時，且精度不均勻。GPS 靜態(tài)測量，點間不需通視且精度高，但需事后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，不能實時知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。應(yīng)用RTK技術(shù)將無論是在作業(yè)精度，還是作業(yè)效率上都具有明顯的優(yōu)勢。
2. 2 像控點測量
像控點測量是航空攝影測量外業(yè)主要工作之一，傳統(tǒng)的方法要布設(shè)大量的導(dǎo)線來測量部分平高點，內(nèi)業(yè)再空三加密。采用RTK技術(shù)測量，只需在測區(qū)內(nèi)或測區(qū)附近的高等級控制點架設(shè)基準(zhǔn)站，(若測區(qū)內(nèi)或測區(qū)附近無高等級控制點，可先加密) ，流動站直接測量各像控點的平面坐標(biāo)和高程，對不易設(shè)站的像控點，可采用手簿提供的交會法等間接的方法測量。像控點的精度要求對于RTK測量來說是不難達(dá)到的。與傳統(tǒng)作業(yè)相比較，它不需要逐級布設(shè)控制點;與靜態(tài)GPS 測量相比，縮短了作業(yè)時間，因而大大提高了作業(yè)效率，功效至少提高3～5 倍。
2. 3線路中線定線
RTK測量技術(shù)用于市政道路中線或電力線中線放樣，放樣工作一人也可完成。將線路參數(shù)如線路起終點坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等輸入RTK的外業(yè)控制器，即可放樣。放樣方法靈活，即能按樁號也可按坐標(biāo)放樣，并可以隨時互換。放樣時屏幕上有箭頭指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移動，直到誤差小于設(shè)定的為止。
2. 4建筑物規(guī)劃放線
建筑物規(guī)劃放線，放線點既要滿足城市規(guī)劃條件的要求，又要滿足建筑物本身的幾何關(guān)系，放樣精度要求較高。使用RTK進(jìn)行建筑物放樣時需要注意檢查建筑物本身的幾何關(guān)系，對于短邊，其相對關(guān)系較難滿足。在放樣的同時，需要注意的是測量點位的收斂精度，如果點位收斂精度不高的情況下，強制測量則有可能帶來較大的點位誤差。在點位精度收斂高的情況下，用RTK進(jìn)行規(guī)劃放線一般能滿足要求。
2. 5用地測量
在建設(shè)用地勘測定界測量中，RTK技術(shù)可實時地測定界址點坐標(biāo)，確定土地使用界限范圍，計算用地面積，在土地分類及權(quán)屬調(diào)查時，應(yīng)用RTK技術(shù)可實時測量權(quán)屬界限、土地分類修測，提高了測量速度和精度。
2. 6其他方面測量
RTK技術(shù)還可用于地形測量、水域測量、管線測量、房產(chǎn)測量等方面。用RTK測圖，可不用布設(shè)圖根控制，僅依據(jù)少量的基準(zhǔn)點，即可直接測定地形地物點坐標(biāo)，如果用專業(yè)測圖軟件，通過電子手簿記錄即可實現(xiàn)數(shù)字化測圖。在水下地形測量是，RTK能自動導(dǎo)航和按距離或時間間隔自動采點，只要將天線高量至水面，加水深改正后，即可高精度的實時測定水下地形點的三維坐標(biāo)，由專業(yè)軟件成圖。
3 GPS RTK 在城市測量中的應(yīng)用實例分析
下面以漳州市某城區(qū)地籍測量工程中GPS RTK測量技術(shù)的應(yīng)用為例，闡述該技術(shù)的應(yīng)用情況。測區(qū)位于漳州某城區(qū)，該城區(qū)為工業(yè)區(qū)和居民生活區(qū)，城市建構(gòu)筑物密集，交通繁忙，無線電信號復(fù)雜，街道兩旁樹木密集。本次需測量的宗地地塊遍布整個城區(qū)，總測量面積約20 km2，分布區(qū)域近45 km 2，權(quán)屬關(guān)系復(fù)雜，用地種類較多，宗地數(shù)目多，權(quán)屬界址點數(shù)量大，采用常規(guī)測量手段施測十分困難，很難在短時間內(nèi)完成所有宗地的權(quán)屬界址點測量工作，以滿足宗地權(quán)屬單位對地籍測量工作的要求。采用GPS RTK 測量技術(shù)作為本測區(qū)宗地權(quán)屬界址點坐標(biāo)的實測技術(shù)手段，在充分調(diào)研論證并通過試驗檢測認(rèn)證的基礎(chǔ)上全面實施，取得了比較好的效果。
其作業(yè)過程如下：
選取精度高、可靠性好的城市基本控制網(wǎng)點作為RTK 測量的工作基準(zhǔn)
在試用試驗階段，針對所選用的GPS 儀器，得出了該城區(qū)流動站在作用距離為4 km 范圍內(nèi)，能高質(zhì)量、清晰地接收基準(zhǔn)站發(fā)出的數(shù)據(jù)。以此為參考數(shù)據(jù)，選定了分布于該城區(qū)的城市D 級GPS 三維控制網(wǎng)點7 點，組成本次地籍測量工作的基準(zhǔn)框架網(wǎng)，并利用7 個控制點的W GS- 84 坐標(biāo)系和1954 年北京坐標(biāo)系成果計算出用于GPS RTK 測量的7 個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
（2）GPS RTK 定位精度試驗
選取1 個GPS RTK 測量基準(zhǔn)網(wǎng)點，架設(shè)RTK 基準(zhǔn)站，流動站在離基準(zhǔn)站4km 范圍內(nèi)，有目的地施測了原本市城市5"級控制點、E 級GPS 控制點和宗地權(quán)屬界址點共計19 個點，并采用靜態(tài)GPS 測量技術(shù)、全站儀測量技術(shù)測量宗地權(quán)屬界址點坐標(biāo)，將這些測量結(jié)果、已知成果與RTK
測量結(jié)果相比較，其較差列于表1 中。
表1 測量結(jié)果、已知成果與RTK 測量結(jié)果比較表
（3）RTK 定位精度評價
從上表中比較數(shù)據(jù)可以看出： RTK 測量結(jié)果與其他測量技術(shù)獲取的測量結(jié)果互差均在厘米級，其中互差最大為1. 8 cm ，最小為0. 3 cm ，平均為1. 12 cm。可以認(rèn)為GPS RTK 測量結(jié)果的點位精度達(dá)到厘米級，而且各點位之間不存在誤差累積，克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的弊病，完全能滿足城鎮(zhèn)地籍測量對權(quán)屬界址點的測量精度要求。
（4）采用GPS RTK 測量技術(shù)施測界址點坐標(biāo)
在檢測試驗取得成功的基礎(chǔ)上，以RTK 基準(zhǔn)框架網(wǎng)點為基礎(chǔ)，分別架設(shè)GPS 基準(zhǔn)站，使用
1+ 2 工作模式，用兩套GPS RTK 接收機(jī)作為流動站進(jìn)行測量。
由于所用GPSRTK系統(tǒng)的發(fā)射電臺只有4W ，十分省電，電，中途不需更換電池，就可使用1天，十分方便; 流動站在第1 次測量時，在一已知點上作RTK 測量，其測量結(jié)果與已知點進(jìn)行比較，從而檢查RTK 系統(tǒng)是否工作正常及基準(zhǔn)站坐標(biāo)輸入是否正確; 最后，將GPS 獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入計算機(jī)，可及時地精確地獲得界址點圖形信息，準(zhǔn)確地制作宗地圖、地籍圖，計算宗地面積等。
4 總結(jié)
RTK在控制測量以及施工放樣中有著廣泛的運用，比傳統(tǒng)的測量儀器的測量，它有著省時省工且精度高等特點，但其在碎部測量中的應(yīng)用還是有一定的限制。在進(jìn)行測量時，主要注意事項是基準(zhǔn)站選擇要在比較中心、位置空曠開闊的至高點上，且周圍無磁場的影響，這樣流動站接收的信號好。并把觀測成果與首級控制成果進(jìn)行整體平差，這樣動態(tài)觀測經(jīng)平差后的精度就較高。
