來源：《測繪與空間地理信息》2017年4月

作者：賈桂寶，容金宏，席玉國，景文凱

摘要：隨著RTK測量技術(shù)的不斷發(fā)展，其在測量模式、效率及精度等方面都對傳統(tǒng)大地測繪方式提出了挑戰(zhàn)，而且其特殊的基站與流動站測量模式使某些工程測量手段的實現(xiàn)更加方便有效。本文從RTK定向、替代導(dǎo)線測量、工程放樣、地形圖測量等幾個方面對RTK技術(shù)方法的應(yīng)用進(jìn)行了概述，通過對比分析實驗數(shù)據(jù)得出了兩種測量方式的效率和精度特點。

關(guān)鍵詞：RTK;傳統(tǒng)大地測繪;對比;精度

0 引言

GPS RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)又稱載波相位動態(tài)實時差分技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測量點在指定坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)(算，Y，z)，并能夠達(dá)到厘米級的精度。由于RTK技術(shù)在野外作業(yè)時能夠?qū)崟r提供測量點的三維坐標(biāo)，具備靈活、快速、省時、省力及精度高等優(yōu)點，能極大地提高工作效率?。大量工程實踐證明：RTK技術(shù)能夠替代常規(guī)控制測量，如一、二級導(dǎo)線測量，圖根控制測量，四等水準(zhǔn)測量等。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地形測量、航空攝影測量、地籍測量、勘界與征地測量、工程測量等各個領(lǐng)域。本文主要針對RTK在測量方式、測量精度方面對傳統(tǒng)測量方法的影響及雙方互補(bǔ)等問題進(jìn)行分析對比。

1 RTK定向

傳統(tǒng)大地測量中，定向是全站儀測量準(zhǔn)備工作的首要步驟，其主要目的是建立待測區(qū)域在相應(yīng)坐標(biāo)系中的相應(yīng)關(guān)系，從而達(dá)到聯(lián)測的目的，工作原理如圖1所示(4、曰為控制點)拉1。全站儀測量定向需要2個已知點，且需通視。測繪標(biāo)志點稀疏，而且許多控制點已經(jīng)毀壞，測區(qū)往往僅有一個控制點，使用全站儀進(jìn)行測量無法定向。傳統(tǒng)解決方法是借助GPS控制測量與水準(zhǔn)測量在測區(qū)引入其他控制點，然后利用引入點才能進(jìn)行定向。

圖1全站儀定向測量示意圖

隨著RTK測量技術(shù)的廣泛使用，其單基準(zhǔn)站與流動站的測量特點，使在測區(qū)進(jìn)行單基準(zhǔn)點進(jìn)行點位測量成為可能，進(jìn)而利用即時測量的控制點進(jìn)行定向。定向的基本原理：當(dāng)測區(qū)范圍內(nèi)僅有1個控制點時，可將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點上(也可選任意位置架設(shè))，利用流動站精確測量臨時控制點，進(jìn)而用全站儀采用單基準(zhǔn)點與臨時控制點進(jìn)行定向，然后進(jìn)行待測點的測量。這種GPSRTK與全站儀配合使用，省去了以往需要進(jìn)行GPS靜態(tài)測量、水準(zhǔn)測量等大量工作引入控制點進(jìn)行定向，解決了以往在實際測量工作中測區(qū)僅有一個控制點時無法進(jìn)行全站儀控制測量的問題，在實際測量工作中具有積極的意義。

另外，對于某些建立獨立坐標(biāo)系的控制區(qū)域，例如RTK定向在地質(zhì)物探線放樣等方面具有重要意義。因為物探線布設(shè)往往需要在測區(qū)某一方向上布設(shè)點位，這對于傳統(tǒng)解決方法意味著需要在測區(qū)至少引入2個控制點才能確定所需方向線，大大降低了工作效率。但對于RTK測量方法只需在測區(qū)任意位置建立起RTK測量系統(tǒng)(不需要已知控制點)，流動站測量的兩點計算得到點與點的方位角，建立起物探測區(qū)的方向線，然后可用RTK直接放樣點位或用全站儀放樣。同時，需要注意的是：建立RTK測量系統(tǒng)需注意坐標(biāo)系的問題，即測量坐標(biāo)系與RTK測量坐標(biāo)系一致，例如在利用RTK定向過程中，由于RTK平面測量精度為厘米級且在作用距離范圍內(nèi)(作業(yè)半徑一般為10 km)測量誤差獨立性、一致性的特點，保證了定向精度，如果是在離控制點1 m距離處測量定向點(距離越近定向誤差越大)，RTK測量橫向誤差對定向的誤差影響僅為0.5”，這對于定向精度來說可以忽略。

2 替代導(dǎo)線測量

GPS在測繪領(lǐng)域中的應(yīng)用主要在高精度的大地測量和工程控制測量，而今GPS RTK(實時動態(tài))模式，以其快速實時和操作便捷，使得GPS應(yīng)用范圍變得越來越廣。常規(guī)控制測量通常要分級布網(wǎng)、逐級加密，還要考慮有較好的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)等。如各等級導(dǎo)線測量，不僅要構(gòu)成一定的網(wǎng)形，至少兩點之間必須通視，才能進(jìn)行導(dǎo)線施測，即便是在不需要布設(shè)控制點的地區(qū)，為了導(dǎo)線點間傳遞和網(wǎng)形，還必須布設(shè)和測量導(dǎo)線點，因此增加了許多不必要　的工作。而采用GPS RTK技術(shù)，就可直接在所需點位的測區(qū)進(jìn)行布設(shè)和測量，節(jié)省了不少工作量。

RTK替代導(dǎo)線測量原理：基準(zhǔn)站和流動站同時接收衛(wèi)星信號，基準(zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星信號通過基準(zhǔn)站電臺發(fā)送到流動站，流動站將接收到的衛(wèi)星信號與基準(zhǔn)站發(fā)來的信號傳輸?shù)娇刂剖植具M(jìn)行實時差分及平差處理，實時得到本站的坐標(biāo)和高程及其精度指標(biāo)等，并隨時將實測精度和預(yù)設(shè)精度指標(biāo)進(jìn)行比較，一旦實測精度達(dá)到預(yù)設(shè)精度指標(biāo)的要求，手簿將提示測量人員是否接受該成果，如接受，手簿將測得的坐標(biāo)、高程及精度同時存儲到手簿中。

以某測區(qū)城鎮(zhèn)環(huán)境1：500地形圖測量為例，用RTK測量直接代替導(dǎo)線控制測量進(jìn)行圖根控制測量，測區(qū)共布設(shè)1 500余個圖根控制點，經(jīng)過對最終地形圖成果進(jìn)行檢驗，滿足《城市測量規(guī)范》中地形點誤差不大于±17 cm的規(guī)范要求，精度檢驗結(jié)果見表1。

表1平面和高程精度檢驗結(jié)果(單位：m)

注：z、Y、z、z分別為縱坐標(biāo)、橫坐標(biāo)、高程、距離的中誤差。

總的來說，RTK替代導(dǎo)線測量優(yōu)勢主要有以下兩點：

1)高效、精度高。通過粗略估計，導(dǎo)線測量布設(shè)圖根點工作計劃為20 d左右，采用RTK布設(shè)全測區(qū)實際工作日為7 d左右。

2)簡單易行。用RTK取代導(dǎo)線測量最大的優(yōu)勢在于即時放樣，對于隱蔽區(qū)域，可隨時進(jìn)行放樣圖根點，避免了測一個碎部點就要進(jìn)行導(dǎo)線點的傳遞測量。

3 地形圖測量

與以往傳統(tǒng)測圖技術(shù)相比，RTK測圖操作簡便、高效，尤其打破了以往“先控制再碎部”測量原則，無須進(jìn)行次級控制測量而直接采集碎部點，大大提高了工作效率。另外，在戈壁荒漠中，由于地形測量區(qū)域沒有明顯的地物參考，測量區(qū)域的判定對于傳統(tǒng)測量方式是突出的問題，擴(kuò)大測量區(qū)域無形中增加測量工作量，減少測量區(qū)域則往往不能達(dá)到實際工程需求，而RTK測量則能實時觀測到測區(qū)范圍信息，順利解決了這一問題。與傳統(tǒng)控制測量相比，GPS RTK測量具有效率高、誤差累積少(各流動站之間不存在誤差累積)的優(yōu)點，在一些精度要求不太高的控制測量中被廣泛應(yīng)用。RTK在點狀地物、現(xiàn)狀地物和面狀地物測量的同時，可輸入地物屬性，在內(nèi)業(yè)處理中就可以輕松識別測量地物的屬性信息，給內(nèi)業(yè)制圖提供了方便口o。RTK在碎部測量中，用RTK進(jìn)行地形測圖碎部測量可以不進(jìn)行圖根控制而直接根據(jù)分布在測區(qū)的一些基準(zhǔn)點進(jìn)行各碎部點的測量，只需安置好基準(zhǔn)站并輸入必要的已知數(shù)據(jù)(基準(zhǔn)點坐標(biāo)、參考點坐標(biāo)等)后即可進(jìn)行碎部測量。RTK碎部測量與傳統(tǒng)全站儀測量的人員配備不同，傳統(tǒng)全站儀測量一個作業(yè)組至少3人，RTK測量只需一人在碎部點上停留觀測2—3 S。同時RTK測量可以全天候進(jìn)行，并且可以多個流動站同時進(jìn)行碎部測量，效率可以成倍提高，而傳統(tǒng)全站儀測量雖然一組可以多人跑鏡但只能一人操作儀器，因而其速度提高是有限的。此外，傳統(tǒng)全站儀測圖需頻繁搬站，消耗大量時間。而RTK測量則不受基準(zhǔn)站和流動站之間的地物影響，設(shè)一基準(zhǔn)站后可在半徑10 km內(nèi)采集任意碎部點(在能觀測到4顆以上GPS衛(wèi)星的前提下)。

結(jié)合以往使用RTK技術(shù)在地形圖測繪中的應(yīng)用，在提高成果精確性和可靠性方面總結(jié)以下幾點：

1)對于在城市空曠區(qū)、山地地形測量等能充分滿足RTK接收機(jī)數(shù)據(jù)采集要求的地區(qū)，RTK能快速完成碎部測量作業(yè);但在建筑物密集、樹林稠密的地區(qū)，會使RTK初始化速度大大降低或者出現(xiàn)失鎖現(xiàn)象，可以采用RTK施測圖根控制點，再利用全站儀測量。這種GPS RTK+全站儀測量碎部點的方法，能快速完成野外作業(yè)，兩種作業(yè)方法能互相補(bǔ)充、取長補(bǔ)短，以最大限度地發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

2)在利用RTK技術(shù)施測圖根控制點時要充分考慮保證RTK高程控制數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在外業(yè)觀測時，觀測條件要求比碎部點高，注意及時與已知點高程校核，采用合適的數(shù)據(jù)處理方法剔除粗差。

3)初始化速度決定著RTK測量的速度，在山區(qū)、林區(qū)或建筑物密集區(qū)，GPS信號受到一定的影響，容易造成失鎖現(xiàn)象，需要重新初始化，大大降低了測量的精度和生產(chǎn)效率，解決這個問題的方法主要選用初始化能力強(qiáng)、初始化時間短的RTK機(jī)型。

4 工程放樣

工程放樣是工程測量的一個分支，其主要任務(wù)是按照設(shè)計和施工的要求，將圖紙上設(shè)計建(構(gòu))筑物的點位，在現(xiàn)場標(biāo)定出來?，F(xiàn)階段平面施工放樣常采用全站儀極坐標(biāo)法或RTK坐標(biāo)法進(jìn)行放樣H1。施工放樣技術(shù)具有測量精度高，儀器的集成化、自動化和智能化程度高等優(yōu)點。

傳統(tǒng)的放樣方法利用距離、角度等參數(shù)進(jìn)行放樣，放樣精度往往取決于作業(yè)人員的專業(yè)素質(zhì)、經(jīng)驗以及觀測員和跑鏡員的相互配合，點位放樣效率比較低壚-。利用RTK放樣不但克服了傳統(tǒng)放樣法和坐標(biāo)放樣法的缺點，而且具有觀測時間短、精度高、無須通視、現(xiàn)場給出精確坐標(biāo)等優(yōu)點。如圖2、圖3所示，RTK技術(shù)可放樣點、直線、弧段等信息，而且在操作過程中，GPS操作手簿會對操作員有詳細(xì)的提示信息，以便于快速方便地定位。另外，操作員還可將設(shè)計好的點、直線的參數(shù)信息上傳到操作手簿上，改變了以往手工錄入的放樣方法。

圖2建立任務(wù)示意圖

5 RTK測量在攝影地形圖測量中的應(yīng)用

航片制圖外業(yè)主要工作之一是像控點測量，即根據(jù)像片上室內(nèi)布點方案，在實地結(jié)合劃定的影像確定像控點的位置，其一般采用GPS靜態(tài)測量和水準(zhǔn)測量方式分別進(jìn)行平面控制測量和高程控制測量，特別是水準(zhǔn)測量在山區(qū)進(jìn)行作業(yè)相當(dāng)艱苦，且工作量大、效率低、作業(yè)周期長。根據(jù)以往測繪經(jīng)驗，在航空攝影外業(yè)控制測量中GPS靜態(tài)觀測和水準(zhǔn)測量占主要工作量的90%以上。但隨著RTK技術(shù)的迅猛發(fā)展，它以高精度、高效率以及誤差獨立性等特點在像控點測量等方面得到了廣泛應(yīng)用，大大縮短了外業(yè)工作時間。

一般來講，像平面和高程控制點對于附近國家等級三角點或高級地形控制點的平面位置不超過圖上±0.1 mln，高程控制點不超過1/10基本等高距。以測繪平地l：10 000地形圖為例，平面位置不超過±l m、高程不超過±0.1 m即可達(dá)到規(guī)范要求，由于RTK測量實時定位精度可達(dá)到厘米級，所以用RTK測量像控點的平面和高程完全可能符合測量要求。但需要說明的是，RTK測高在復(fù)雜地形(如高山)條件下達(dá)到其標(biāo)稱精度，由于高程異常的影響，必須要有測區(qū)符合條件的控制點進(jìn)行點校正才能達(dá)到預(yù)期目的。

以某地區(qū)1：10 000航空攝影測圖為例，用RTK完成丘陵地形、山區(qū)地形的部分像控點精度檢測，將測量值與常規(guī)方法測量像控點的測量值進(jìn)行對比，檢驗結(jié)果見表2、表3、圖4以及圖5。

表2 RTK丘陵地形像控點精度檢測(單位：m)

表3 RTK山區(qū)地形測量像控點精度檢測表(單位：m)

表2、圖4檢驗數(shù)據(jù)表明：丘陵地形RTK測量與常規(guī)方法測量像控點對比縱坐標(biāo)最大差值為4 cm，橫坐標(biāo)最大差值為3 cm，高程最大差值為3.2 cm。檢測結(jié)果表明，只要在測區(qū)范圍做好RTK工地校正，其測量精度在丘陵地形可以達(dá)到常規(guī)測量方法的精度，用RTK測量技術(shù)測量像控點在丘陵地形中是可行的。

表3、圖5檢驗數(shù)據(jù)表明，高山地形RTK測量與常規(guī)方法測量像控點對比縱坐標(biāo)最大差值為5.6 em，橫坐標(biāo)最大差值為7.2 em，高程最大差值為7.68(3m。檢測結(jié)果表明：只要在測區(qū)范圍做好RTK工地校正，其測量精度在高山地形可以基本達(dá)到常規(guī)測量方法精度，用RTK測量技術(shù)測量像控點在山區(qū)地形中是可行的。

通過以上山區(qū)、丘陵兩種較為復(fù)雜地形條件下用RTK測量方法對像控點進(jìn)行測量的數(shù)據(jù)分析，得出利用RTK進(jìn)行像控點測量可達(dá)到傳統(tǒng)測量方法同等精度的結(jié)論，而在效率方面RTK測量使得我們的測量工作更加簡便，其效率是傳統(tǒng)測量方式的數(shù)倍，在這方面RTK測量將有更大的發(fā)展空間。

6 結(jié)束語

GPS RTK定位技術(shù)相比常規(guī)測量及靜態(tài)GPS測量來說，其作業(yè)效率大大提高，在許多工程測量領(lǐng)域可完全替代常規(guī)測量，并且從效率、精度、作業(yè)方式等方面對常規(guī)測量作業(yè)方式有了很好的改進(jìn)。只要選擇高精度、抗干擾性強(qiáng)的RTK測繪儀器，通過全面的質(zhì)量保證措施，就能得到更加穩(wěn)定可靠的高精度成果，相信其應(yīng)用前景會更加廣闊。

參考文獻(xiàn)：（略）

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