GPS RTK测绘技术在市政勘测中的应用

景清锟

[摘要]随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，实时动态（RTK）测绘技术日趋成熟；本文将介绍RTK技术的基本原理，对RTK技术在市政勘测测绘中的应用及局限性进行探讨。RTK技术测量时不要求点间通视，误差不传播、不累积，并且外业生产中能够实时得知定位结果和定位精度，而且RTK可以全天侯地连续观测，与传统测量相比大大提高生产效率，这使得其在测绘领域广泛应用。但RTK技术也因为卫星信号、基准站与流动站之间的障碍物、多路径误差、电波干扰、信号反射等因素的限制，在一定程度上影响测绘成果。本文提出RTK测绘技术在市政勘测中的应用，并通过生产实例进行验证。

[关键词]GPS RTK 测绘应用

[中图分类号]P228.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-222-1

1前言

在工程测量中，控制点建立的常用方法主要有GPS测量、导线测量、三角测量等。其中GPS RTK测量方法由于具备选点灵活、观测时间短、高精度、实时、快速、操作简便等优点而被广泛应用，GPS RTK自身根据工程控制网的大小来决定其布设控制点的范围。本文将结合控制点布设方案应遵循的精度、可靠性、效率和费用原则，探讨不同GPS测量方法的优缺点，并通过生产实例进行验证。为实际生产中，根据不同的项目特点，选择最优的GPS测量方法提供参考。

2 RTK基本原理

RTK（real-time kinematic）实时动态定位系统，是集计算机技术、数字通讯技术、无线电技术和GPS测量定位技术为一体的组合系统，它能够实时获得测站点在指定坐标系中的三维定位结果。RTK实时动态定位系统主要包括3个部分：①基准站；②流动站；③电台（数据链）。基准站接收机设在具有已知坐标的参考点位上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态等通过电台发送出去，流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，通过实时差分处理求解载波相位整周模糊度，并计算显示用户站的三维坐标及精度。

3 GPS RTK在市政勘测中的应用

市政勘测中的应用

RTK测量具有高精度、高效率的优点，在控制测量领域得到广泛应用。实时GPS RTK测量在市政勘测中可以完成多种工作。

（1）绘制大比例尺地形图。市政道路设计大多是在大比例尺（1：500）带状地形图上进行。用传统方法测图，首先建立控制网，布设图根，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。其工作量大，速度慢，花费时间长。用实时GPS RTK动态测量，在范围内每个碎部点仅需几秒，即可获得坐标，之后编辑输入的点特征编码及属性信息，组成碎部点原始数据，在室内利用绘图软件进行内业成图。GPS RTK不但只需要采集碎部点的坐标及点位属性，而且采集速度快，大大降低了测图的时间，效率倍增。在GPS静态测量中，不同坐标系的坐标转换是在数据后处理时进行的。而对于RTK测量，要求实时得出待测点在实用坐标系80西安坐标系、54北京坐标系或地方独立坐标系等中的坐标，因此，坐标转换问题就显得尤为重要。坐标转换参数求取方法有两种：一种是使用已有的静态数据，求出转换参数；另一种是现场采集，通过键入一定数量（要求3点以上）控制点的地方坐标，然后利用后处理软件或GPS控制器内置的实时处理软件求解坐标转换参数。当然，转换参数的准确性与控制点的数量及控制点的分布图形有关，在求解坐标转换参数时，应采取不同基准点的匹配方案，用不同的计算方法求得坐标转换参数，比较后选择残差较小、精度较高的一组参数使用。坐标转换参数是有区域性的，因此，在一个测区求解的坐标转换参数不能直接应用到其它测区。

（2）工程控制点测量。由于是属于市政一般道路工程，可采用GPS RTK实时动态测量，即可满足要求。这种方法在测量过程中能够实时获得定位精度，即可停止观测，大大提高了作业效率。由于RTK控制点之间不要求必须通视，使的野外控制点测量更简单方便。由于GPS—RTK定位的数据处理过程属于计算基准站和移动站之间基线向量（坐标差）的过程，不存在网平差处理，所以精度平定跟静态测量基线处理的精度评定相似。一般使用指标为：①载波相位的整周模糊度是否固定，GPS—RTK测量仪器的标称范围，一般规定移动站距基准站的距离不能超过15 km，因为在15 km之内RTK数据处理的载波相位整周模糊度能够得到固定解，这样定位精度才能达到厘米级；②均方根（RMS）。RMS在这里表示RTK定位点的观测值精度，是包括约70%的定位数据的误差圆半径，根据实际情况，在城市测量实际作业中，一般把基准站与移动站的距离控制在6 km之内。只有点位观测值精度达到要求时，载波相位的整周模糊度才能得到固定解，坐标精度才能满足精度要求。一般使用平面和高程两种均方根：①平面均方根HRMS，表示平面坐标的定位精度；②高程均方根VRMS，表示高程坐标的定位精度。

（3）市政道路中线测设。设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将道路中线在实地标定出来。采用实时GPS RTK测量，只需将中线桩点的坐标导入GPS接收机（或手薄）中，系统就会定出放线的点位。由于每个中桩点位测量都是独立完成，所以点位与点位之间不会产生累计误差，只是各点位的精度不同而已。RTK基准站设置需要考虑以下几个方面的问题：首先要考虑基准站周围的环境，因为GPS接受的卫星信号经过20 000 km的空间传播，且有对流层、电离层、大气折射、反射等干扰，到达接收机的信号已经很微弱，通常只有50～180 dB。其电台采用功率小（5 w）超高频（UHF）电磁波，其频率一般为450～470 MHz，波长很短，其传输的距离跟天线高、地球的曲率半径和大气折射有关。同时，为了减少多路径效应的影响，基准站周围应无明显的大面积的信号反射物（如大面积水域、高山及大型建筑等）；所以基准站设置既要选择避开高层建筑物和各种强电磁干扰源（如微波站、寻呼台发射塔、变电站、高压线、电视台等），又要考虑让发射电台有一定的高度。对于高等级道路工程，布设的导线一般应与附近的高级控制点进行联测，构成附和导线。或利用GPS每隔5km左右设立2个GPS点，将路线导线点与GPS点联测构成附和导线。联测一方面可以获得必要的起始数据即起始坐标和起始方位角，另一方面可对观测的数据进行校核。过去如果高级控制点离测区较远，联测工作就十分困难。现使用全站仪，测距精度高，测程均可达到2km，联测时可将导线延长直接与高级控制点连接，一般无须采用方向交会法。如沿线有国家三角点和水准点，可与之联测，增加校核。利用全站仪，高程控制可与平面控制同时进行，也可按三角高程测量的方法单独进行，高程控制点一般不另埋设，而是由导线点或GPS点兼作水准点。

（4）市政道路纵、横断面测量。道路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可绘制出线路纵断面和个桩点的横断面。由于所用数据都是外业采集所绘制的地形图，因此内业处理断面数据时，不在需要到现场测量纵、横断面数据。若已有地形图需要进行现场断面测量时，可采用实时GPS RTK测量纵、横断面数据。路线经过水文地质条件不良地段时，应提高路基标高以保证路基稳定。当受规划控制标高限制不能提高时，应采取稳定路基措施。旧路改建在旧路面上加铺结构层时，不得影响沿路范围的排水。沿河道路应根据路线位置确定路基标高。位于河堤顶的路基边缘应高于河道防洪水位0.5m.当岸边设置挡水设施时，不受此限。位于河岸外侧道路的标高应按一般道路考虑，符合规划控制标高要求，并应根据情况解决地面水及河堤渗水对路基稳定的影响。道路纵断面设计要妥善处理地下管线覆土的要求。道路最小纵坡度应大于或等于0.5%，困难时可大于或等于0.3%，遇特殊困难纵坡度小于0.3%时，应设置锯齿形偏沟或采取其他排水措施。山城道路应控制平均纵坡度。越岭路段的相对高差为200～500m时，平均纵坡度宜采用4.5%；相对高差大于500m时，宜采用4%，任意连续3000m长度范围内的平均纵坡度不宜大于4.5%。

（5）河涌、鱼塘测量。实时GPS RTK测量能够在几秒钟固定解后，完成河涌、鱼塘底部高程测量，很方便、快捷、精度可达厘米级。控制测量作业：第一步，要将被测区的不同参照坐标系坐标转换参数输入到基准点GPS接收机的软件后台系统中；第二步，打开基准点的GPS接收机，并输入基准点的地方坐标和天线高，由软件后台系统将地方坐标转换为WGS-84坐标；第三步，基准站的GPS接收机连续接收可见GPS卫星信息，并实时送出观测值、测站坐标、卫星跟踪状态以及接收机工作状态等数据；第四步，流动站的GPS接收机将自身接收的GPS卫星信息与接收到的基准站接收信息进行处理，获得流动站位置的WGS-84坐标，然后再由软件后台系统转换得到西安80坐标或地方坐标，并实时显示出来。地形测量作业：由于受到视距的限制，在利用全站仪采集数据之前，需要在被测区内建立图根控制点，且要求碎部点能够与测站点之间相互通视。考虑到测区通视情况较差，本次地形测量采取GPS RTK数字化地形测量技术，在测量设备完成初始化后，单点的数据采集时间为1～2s，几乎可以忽略不计。随后再利用专业软件对所采集到的数据进行处理，即可编辑得到所需要的1：500地形图。

3.1RTK作业优缺点

相比传统测量技术，常规RTK技术存在以下优点：

（1）观测时间短，有效提高了工作效率，缩短野外工作时间，大大减少了工作强度。

（2）定位精度高。只要满足RTK的基本工作条件，电台的作业半径范围如下图：（3.7.1）；网络RTK在测区范围内不受距离控制。RTK的平面精度和高程精度能达到厘米级，这是常规测量方法较难达到的精度。

（3）全天侯作业。RTK测量不要求基准站、流动站光学通视，只要求满足“电磁波”通视即可，所以与传统测量相比，RTK测量受通视、能见度、气候、季节等因素的影响和限制小，在传统测量难于开展的地区，只要满足RTK的测量工作条件即可。它能够实时快速高精度定位，有利于按时、高效率地完成测量任务。

（4）RTK实时测量自动化程度高、数据处理能力强。实时RTK能够完成测量外业多种方面任务；流动站利用自带软件，能够自动处理多种测绘任务，减少辅助测量工作和人为误差，保障作业精度。

常规RTK技术本身也存在一定的局限性，使得其在应用中受到限制，主要表现为：

①用户需要架设本地发基准站；

②误差随距离增长，可靠性和可行性随距离加大而精度降低；

③误差椭圆增长使流动站与基准站距离受到限制。

4结束语

综上所述实时GPS RTK技术在市政勘测中应用，首先要确定运用哪种校正法，进行校正；然后实时GPS RTK测量时运用网络拨号、电台（数据链），都有一定的局限性；所以在进行测区拨号最好先选择网络拨号进行校正及控制点检查，之后实时RTK测量时在换作电台（数据链），这样取长补短效率更高，进度更有保障。实时RTK测量已为测量行业普遍接受，并得到广泛应用。不断尝试新技术的方法，提高RTK外业观测精度，扩展RTK的应用领域，是测量工作者一直努力的目标。利用其优势提高工作效率，为社会创造更高的经济效益。

参考文献

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[3]晏黎明，况太君，熊超.GPS RTK作业几种模式探讨[J].人民长江，2009.