摘要:筆者結(jié)合多年從事工程測量的相關(guān)工作經(jīng)驗,在文中從RTK技術(shù)在工程測量中的幾個方面進行了論述及探討。
　　關(guān)鍵詞:RTK;工程測量;地形;水下;應(yīng)用
　　前言
　　GPS(全球定位系統(tǒng))作為測量定位新技術(shù),廣泛應(yīng)用于陸海空領(lǐng)域的導(dǎo)航和定位測量,近年來,隨著GPS技術(shù)不斷發(fā)展,GPS系統(tǒng)進一步穩(wěn)定和完善,以及相應(yīng)硬、軟件的提高,GPSRTK技術(shù)其簡單高效的特點被廣泛應(yīng)用于地形圖測繪、工程放樣、控制測量以及導(dǎo)航等方面,得到了很快的普及和發(fā)展。特別是在大地測量及工程測量應(yīng)用領(lǐng)域中產(chǎn)生了前所未有的影響。GPS實時動態(tài)差分RTK(Real-Time-Kinematic)技術(shù)的迅速發(fā)展和完善在常規(guī)測量領(lǐng)域里越來越得到廣泛的應(yīng)用。
　　1RTK的工作原理
　　實時動態(tài)差分RTK測量系統(tǒng),是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的系統(tǒng)。RTK差分技術(shù)目前有3種方法:坐標(biāo)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(tǒng)的最低配置可包括三部分:(1)基準(zhǔn)站接收機;(2)流動站接收機,包括支持RTK的軟件系統(tǒng);(3)數(shù)據(jù)鏈,包括基準(zhǔn)站的發(fā)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(shù)據(jù)鏈,一般可達10km～40km左右,當(dāng)使用GSM通信網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)鏈時,其作用距離更長,目前最大可達70km。作業(yè)時基準(zhǔn)站接收機設(shè)在有已知坐標(biāo)的參考點上,連續(xù)不斷接收GPS衛(wèi)星信號,并將測站坐標(biāo)觀測值(偽距和相位的原始測量值)、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)等通過發(fā)射電臺發(fā)送出去,流動站在跟蹤GPS衛(wèi)星信號的同時接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),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(zhǔn)站的坐標(biāo)和精度指標(biāo)。OTF算法是目前儀器廠家普遍采用的技術(shù),它可以使得RTK的初始化在幾分鐘乃至幾秒鐘內(nèi)完成,而無需讓儀器進行以往的靜態(tài)初始化。
　　采用OTF算法技術(shù)的雙頻載波相位RTK,經(jīng)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(biāo)的時間一般為2s～10s,目前市面上儀器的測量標(biāo)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(biāo),并顯示坐標(biāo)精度。(2)實時進行點、線的放樣,結(jié)果及圖形實時顯示。(3)實時記錄運動軌跡、導(dǎo)航。(4)求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。(5)失鎖后重新快速動態(tài)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(xiàn)的各種誤差按其來源大致可分為三類。①與衛(wèi)星有關(guān)的誤差。主要包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的誤差、地球自轉(zhuǎn)的影響和相對論效應(yīng)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(yīng)的影響等;③觀測設(shè)備和接收設(shè)備即儀器誤差的影響也很大。通常可通過采用適當(dāng)?shù)姆椒�減弱或消除上述誤差的影響。
　　(2)RTK的誤差源。①基準(zhǔn)站點位精度的影響;②模糊度解算誤差;③動態(tài)基線解算誤差;④坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換誤差;⑤天線對中等人為產(chǎn)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(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換誤差在于如何解算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。因此,外業(yè)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(qū),GPS信號受到遮擋,無法作業(yè);②數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)馨l(fā)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(qū),城區(qū)為5km;③數(shù)據(jù)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(biāo)。
　　3RTK在測量工作中的應(yīng)用
　　3.1RTK用于地形測量
　　由于RTK測量隨時都能顯示當(dāng)前位置的三維坐標(biāo),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(nèi)業(yè)采用數(shù)字化成圖軟件,實際作業(yè)中對獨立地物的測量序號應(yīng)盡量連續(xù),如測量房屋,應(yīng)圍繞房角至少測2個(對角線)或3個點,測量池塘要連續(xù)測完,并注明從xx～xx詳細代為何地物,和現(xiàn)場勾畫草圖。外業(yè)結(jié)束后,再根據(jù)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(nèi)點位平面標(biāo)稱精度為±3cm,根據(jù)控制測量規(guī)范要求Ⅰ級導(dǎo)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(dǎo)線點的技術(shù)規(guī)范要求。
　　在某工程道路放樁RTK測量中,我們對距離基準(zhǔn)站1km～6km的一些四等GPS控制點采用一點法進行檢核比較,結(jié)果表明平面坐標(biāo)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(dǎo)線點的規(guī)范精度要求。
　　在某工程1∶1000數(shù)字地形圖測繪任務(wù)中,測區(qū)長約7km,寬0.7km,面積約5km2。整個測區(qū)采用AshtechZ-X雙頻GPS接收機用靜態(tài)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(lián)測了四等水準(zhǔn)高程。為了進一步檢核AshtechZ-X雙頻GPS系統(tǒng)的測量精度,采用GPS控制點聯(lián)測法均勻地檢測了其中12個GPS控制點,基準(zhǔn)站設(shè)在測區(qū)中間。其X坐標(biāo)中誤差為±3.1cm,Y坐標(biāo)中誤差為±2.3cm,H高程中誤差為±5.0cm,結(jié)果完全可滿足Ⅰ級導(dǎo)線點(5″以下)的規(guī)范精度要求。
　　盡管GPS測量的標(biāo)稱精度及實測精度完全滿足Ⅰ級導(dǎo)線點5″點以下的規(guī)范精度要求,但目前的規(guī)范對利用GPS測量進行Ⅰ級導(dǎo)線甚至更高的精度的控制測量,其采集數(shù)據(jù)的方法,數(shù)量等等還沒有明確的規(guī)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(yīng)用RTK作業(yè)應(yīng)注意的問題
　　(1)GPS作業(yè)由于每個測點都是獨立的觀測量,缺乏相關(guān)聯(lián)的檢核手段。因此,在作業(yè)前后,在測區(qū)內(nèi)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(biāo)轉(zhuǎn)換方法,如控制聯(lián)測法,單點法等所測量的點位精度不同,作業(yè)時應(yīng)依據(jù)任務(wù)要求,測區(qū)大小使用不同的方法。(3)RTK采用VHF超高頻無線電波做數(shù)據(jù)鏈,容易受到電信發(fā)射塔。無線電臺。高壓電以及地形起伏條件的影響、因此,基準(zhǔn)站應(yīng)盡可能遠離干擾源,并位于地勢高處,對天條件要好。