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摘要：RTK技术又称载波相位动态实时差分技术，能够实时地提供测量点在指定坐标中的三维坐标，并达到厘米级精度，通过对GPS RTK技术在控制测量、数字测图等工程中的基本应用，对动态GPS的特性和使用方法有了进一步认识，该技术已广泛应用于地形测量、控制测量、工程测量、航空摄影测量等诸多领域。
关键词：GPS RTK技术；地形测量；方法；应用
需要测量小范围地形图时，控制就成为影响成图速度的主要因素，而GPS RTK技术的应用大大提高了作业效率，同时解决了工作中已知点不通视和长距离的导线测量带来的误差问题，其定位精度能满足大比例尺地形图测绘的要求，它既可直接采集碎布点，亦可作图根控制点，并实时提供坐标数据。
1 GPS 控制测量实例
在某测区5km2，1：2000地形测量中在进行碎部测量之前，需进行控制点的布设和测量。常规的地形图测绘方法通常是首先在测区内布设控制网点，这种控制网点，一般是在国家高等级控制网点的基础上加密成次级控制点，然后根据加密的控制点，布设图根控制点。由于本次数字化测图采用了GPS RTK定位技术，不在需要布设常规测量控制网，只要通过GPS 静态联测国家点来测设控制点即可。所以我们首先收集到了3个国家三等三角点，然后在测区的中部有房屋建筑地方选择地势较高的5层楼顶，四周通视条件好，有利于卫星信号接收和数据链发射的地方，做GPS静态控制点，作为测区的首级控制点（基准站架设点），从GPS接收机中输出的坐标是GPS的WGS-84 椭球大地坐标中的经度，纬度与大地高，要得到测图所用高斯平面坐标和正常高，必须进行坐标转换，坐标转换的主要流程如图1。
2 RTK 在控制测量中的应用
2.1 RTK使用的基本方法
RTK 技术通常由一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机以及用数据传输的电台组成，在RTK作业模式下将一些必要的数据输入GPS控制手簿，如基准站的坐标，高程，坐标系转换参数，水准面拟合参数等；流动站接收机在若干个待测点上设置。基准站与流动站保持同时跟踪至少4颗以上的卫星，基准站不断的对可见卫星进行观测，将接收到的卫星信号通过电台发送给流动站接收机，流动站接收机将采集到的GPS 观测数据和基准站发送来的信号传输到控制手簿，组成差分观测值，进行实时差分及平差处理，实时得出本站的坐标和高程。由于测区内建筑物密，通视困难，采用RTK技术优势进行测量较为方便。所以基准站设置在测区的中部地势较高的五层楼楼顶，符合基准站的架设条件，与已知点的距离在2.0～3.0 km之间。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（水平气泡居中），点数应布设合理，RTK 电台发射信号的覆盖范围一般为5～20km，当测区地形起伏较大时，可适当增设控制点数量，以确保基准站差分信号能覆盖整个测区，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，和树林密集等对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，即能提高效率，又能大幅度 降低作业人员的劳动强度，大大减少了费用和测量时间，流动站仅需一次完成，单人即可独立作业，也随时产生相应的经济效益。RTK 控制测量时，首先用已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之间的转换参数，水平残差最大为±2.4 cm，垂直残差最大为±0.5 cm。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 s，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，高程中误差为±2.0 cm；观测中取平面和高程中误差均小于±1.0 cm 时进行记录。RTK点两次观测值坐标较差最大值为±2.7cm，最小值为0.4cm。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。观测值中误差为±0.9 cm，平均值中误差为±0.6 cm（±0.9 √2）。这说明RTK 技术能满足中华人民共和国 国家标准《地质矿产勘查测量规范》中最弱点的点位中误差（相对于起算点）不大于±10 cm的要求。
3 RTK 在数字测图中的应用
3.1 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。以一台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 间间隔也可以人为设定。根据实践经验，1个GPS 移动站的作业速度是1台全站仪的2～4 倍。利用RTK采集野外碎部数据的大致过程为：启动流动站开始测量并进行定点校正工作后，RTK 接收机便可以实时得到所需坐标系下的三维坐标地形点，并输入每个地物点的特征编码和绘制工作草图，以备内业修图使用，并检查编码输入的正确性，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，在建筑内或树林稀少较为开阔的区域进 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（含点位代码输入），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的累计误差，提高了全站仪碎部点采点的点位绝对精度，使地形测量方便快捷，大大提高了地形测量的工作效率，在地形图测量应用中，均取得了很好的效果。
3.2 动态RTK测量的流程
动态RTK 测量的流程如图2。
4 数字化成图
打开软件，改变图形比例尺为所需比例尺，读入数据功能将数据文件名输入，然后根据外业所绘草图及记录，进行人机交互编辑，连线成图，对个别独立地物进行单独编辑，可见绘制有清晰完整的工作草图是保证数字成图质量的一项有效措施，此外，生成和修整等高线也是数字化地图不可或缺的主要任务之一，勾绘等高线有2种方法，（1）、软件依据测点自动生成，该法所绘等高线有时会有所失真或错误，在山区地貌不是十分复杂，地物不多的情况下非常实用，（2）、手工绘制等高线，此法相对比较繁琐，实践证明：结合两种方法，先通过软件自动生成等高线，再利用手工修整效率较高，可画出非常漂亮的等高线。
5 实地检查及精度分析
待所有外业工作完成后，进行实地检查，首先检查点位精度，测量出相邻已知点的距离，与已知资料相比较，说明精度符合要求，其次进行地物、地形的检查，对于漏测的地物要及时进行补测，对于一些特殊地物的连接关系进行详细检查，发现有误及时更改，地形点要与所绘等高线相一致，根据地质矿产勘查测量规范，各等级三角点（导 线点）GPS点的高程，采用水准、 光电测距高程导线、GPS高程测定或三角高程测定，其高程中误差不得大于1／20等高距。要求图根点对于最近控制点（三角点、导线点、GPS点）的平面位置，对邻近水准点、基本控制点 的高程中误差应不大于1／10等高距。完全满足精度要求，碎部点对于临近图根点平面位置，同样满足精度要求。
6 几点体会
（1）RTK 技术能够实时地提供测量成果，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，碎步点的坐标和高程，实时提供精度可达厘米级，不需要分级布网，可以大大减少生产成本，减轻作业员的劳动强度，提高测量速度和效益。
（2）应根据测区的实际情况选择合适的坐标转换参数求解方法。参与坐标转换的已知点应在3个以上，且分布均匀，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。同精度两次测量的较差取3cm以下为宜。
（4）在城市和山区树木较少的地形测量中，GPS-RTK技术可以替代全站仪进行图根导线测量，所测范围内在不通视的条件下测定无累积误差的图根点，使测图所需图根点的数量在满足要求时可多可少，机动灵活，而且移动点至基准点的距离可以很长（最好不要超过10 公里）。
（5）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。
参考文献：
[1] 俞俊杰.GPSRTK技术在矿山勘测定界中的应用[J].科技与企业，2012，（12）：184-185.
[2] 付聚山.土地测量中GPS的应用浅论[J].商情，2012，（45）：202.
[3] 邢子丰，邢苒苒.GPS-RTK 在地形测量中的应用[J].内蒙古水利，2012.
论文作者:钟承强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/16
标签：测量论文; 坐标论文; 高程论文; 地形论文; 精度论文; 误差论文; 基准论文; 《基层建设》2017年第18期论文;