GPS RTK技术在大比例尺地形测量中的应用分析

摘要：通过对GPS RTK原理分析以及RTK技术在控制测量、数字测图等工程中的基本应用，对RTK技术的特性和使用方法做了阐述，指出了RTK技术在大比例尺地形测量中的重要作用;并对测量精度进行了一定的分析，得出一些有益的结论和体会。

关键词：RTK技术;流动站;基准站;北斗定位系统

一、前言

GPS（Global Position System）即为全球定位系统的简称，它是一套利用美国GPS卫星导航系统进行全天候、全方位的测量定位设备。目前我国的北斗定位系统也在渐渐普及，与GPS原理一样。根据GPS提供的坐标或坐标演变量精度和方式的不同可以分为毫米级，厘米级，静态，动态后处理，RTK（RealTime Kinematic实时动态），RTD（Real TimeDiffernce实时差分）等几种设备分类和测量方式，其中RTK是一种定位精度比DGPS高100倍的载波相位差分GPS技术。

目前，该技术己广泛应用于地形测量、航空摄影测量、地籍测量、房产测量、勘界与拨地测量、工程测量等各个领域。本文主要通过一些实例体会来探讨RTK技术在工程中的应用。

二、RTK测量实例

（一）RTK在控制测量中的应用

在某农业园17.25公顷1：500地形测量中，由于该农业园远离城市，独立位于大山中，居住办公区建筑物较为密集，并存在大面积的密林，造成通视困难，手机信号站较远、信号质量较差，那么架设基准站，采用RTK的进行测量较为方便。此次测量以居住办公区为主，基准站设置在测区的中部、地势较高的二层楼楼顶，符合基准站的架设条件，与己知点的距离在2.0-3.Okm之间。联测四个D级GPS点和三个三、四等水准点，采用两台双频GPS接收机实时动态测量模式，流动站用支撑杆竖直。布点时为了方便测图使用和便于RTK测量等因素，尽量避开高压线、高大建筑物及高密树林等因素对RTK测量的影响。实在无法回避的地方，采用增加观测时间、增加观测次数的方法以提高观测精度。由于GPS并不需要点间通视，不必为通视的原因而搬好几次站，大大减少了测量时间。流动站仅需一次完成，所以减少了人力、财力。

RTK控制测量时，首先用己知控制点建立投影的局部归化参数，仪器将直接记录坐标和高程，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。本次测量解算出两坐标系之间的转换参数，水平残差最大为±2.5cm，垂直残差最大为±0.6cm。为了提高待测点的观测精度，将天线设置在对点器上，观测时间大于20秒，采用不同的时间段进行两次观测取平均值;机内精度指标预设为点位中误差±1.5cm，高程中误差±2.Ocm;观测中，取平面和高程中误差均小于±l.Ocm时进行记录。

RTK点两次观测值坐标较差最大值为±2.8cm，最小值为0.3cm。考虑到两次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度双观测值的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。

同时，我们采用常规手段对RTK控制点进行了四等水准测量。平差后，每公里高差中误差为±4.2mm，最弱点高程中误差为±6.5mm。在进行RTK平面控制测量的同时，我们也利用RTK技术进行了高程测量。两次RTK高程测量的成果高程较差最大为-4.7cm，最小为Ocm.观测值中误差为±1.4cm，平均值中误差为±l.Ocm。

四等水准测量与RTK高程测量成果较差高程较差最大为-4.8cm，最小为-O.lcm，高程较差中误差为±2.3cm。

如果四等水准网高程中误差取±2.Ocm，RTK高程测量的中误差采用其预设精度±2.Ocm，则利用误差传播定律可以得到高程较差理论中误差为±2.8cm，高程较差允许误差为±5 .6cm。可见求得的高程较差中误差小于高程较差理论中误差。

根据实际经验，由RTK测量的高程计算出的相邻高差受相邻点间的长度影响较小，高差精度主要与四等水准测段长度有关。利用高差较差参照不同精度双观测值情况计算出高差较差单位（每公里）中误差为±1.89cm。

如果RTK高程测量的中误差采用其预设精度±2.Ocm，四等水准高差中误差取±l.Ocm，得高差较差理论单位中误差为±3.Ocm。显然，计算的高差较差单位中误差小于高差较差理论单位中误差，证明RTK高程测量能够满足《城市测量规范》对四等水准网的精度要求。

（二）RTK在数字测图中的应用

利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，可以进行地形的碎部测量来代替常规的数字测图。以1台GPS基准站，另一台或几台移动的GPS接收机分别开始进行碎部点测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，在测量管道中心线或道路边线时可以设定按距离进行采集，距离可以人为设定;在匀速运动测量的过程中，可以设定按时间采集，时间间隔也可人为设定。采集完将数据格式转换为“点号，东坐标，北坐标，高程”形式，保存到硬盘，使用Cass软件经过成图处理，生成数字化地形图。

地形点的采集可以单人作业，在建筑区内较为开阔的区域进行数据采集，发现RTK的采点速度相当快，由于初始化速度快（小于30s），并且在线运动过程中不失锁，每个碎部点采集时间不超过2s（含点位代码输人），因此，采点速度几乎等于走路的速度，可以充分发挥RTK快速高精度定位的优势。

也可以在作业中采用RTK测量模式的优势，准确快速地建立图根控制点，在图根控制点上由全站仪配合电子手簿进行碎部点的数据采集。该法不像常规图根导线测量那么烦琐，受地形的限制，也不用支仪器设站，从而减少了因多次设站带来的测量累计误差，提高了全站仪碎部点采点的點位绝对精度，使地形测量方便快捷，大大提高了地形测量的工作效率。在地形图、地籍图等的测量应用中，均取得了很好的效果。

三、动态RTK测量的流程（见图1）

四、几点认识

1.通过对以上事例的分析，可以得出RIK技术能够满足城市测量中对导线和四等水准测量的要求。由于RTK技术不同于常规的控制测量，不可能完全用常规控制测量的技术标准来衡量，尤其是在边长较短的相邻点表现比较明显。RTK技术的测量误差均匀、独立，不存在误差积累，精度可靠程度较高。

2.测量过程中，尽可能地检测一定数量的测区内和相邻的控制点，以发现异常情况，并剔除原控制网的粗差点，便于做好与已有地形图或工程项目的接边工作。

3.测量时需采用一些方法来提高测量精度。如延长测量时间。架设对点器。选择有利观测时间。增加观测次数或改变基准站等。同精度两次测量值的较差取jcm以下为宜。

4.如辅助相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。

五、结论

1.RFK技术操作简便，灵活方便，工作状态稳定。能快速、准确地测定图根点、碎部点的坐标和高程，实时提供精度可达厘米级经检核的三维坐标。与传统的测图方法相比，人员少，费用省，效率高。

2.在城市空旷地区，建筑物不太稠密的住宅区和大马路上，RTK能快速地完成碎部测量作业。在夜间作业，比常规测量作业方法更具优越性。

3.在个别高大建筑物或建筑稠密地区，GPS出现盲区，初始化时间长或失锁，影响碎部测量速度，可采用RTK增补图根导线点，配合全站仪测量碎部点的方法，从而快速地完成野外作业，也可以大大提高外业测图的工作效率，进而达到缩短工期，节约成本的目的。

参考文献：

[1]刘大杰，施一民等全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].同济大学出版社.1996.

[2]邓明镜，刘国栋，徐金鸿，倪健.全球定位系统测量原理及应用[M]西南交通大学出版社，2014，01

[3]武汉测绘科技大学测量平差教研室编著测量平差基础[M].测绘出版社，1996.

作者简介：徐天锋（1980.1-），男，工程师，本科，主要从事国土资源管理工作。