论文部分内容阅读
[摘 要]GPS实时动态差分RTK技术在测量中不断发展和完善，在常规测量领域里得到了广泛的应用。
[关键词]GPS RTK 测量技术应用
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0392-02
一.RTK的发展
RTK（Real Time Kinematic）实时动态控制系统。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级定位精度的测量方法。现在采用载波相位动态实时差分方法，使仪器能够快速定位精度达到厘米级。它的出现在控制测量、公路测量、公路地形图测绘、横断面测量、纵断面测量、CORS应用、数据采集测量、放样测量、电力测量、水上应用等得到了广泛应用。
近年来，随着广州南方测绘、广州中海达、上海华测、苏广州一光等，国内一大批的测绘仪器公司生产的RTK仪器陆续投入市场，打破了国外厂商垄断RTK市场的局面，仪器价格大幅度下降，能够为普通测量单位所接受，拥有RTK接收机的数量，已成为衡量测量单位综合测量能力的重要指标。
在RTK作业模式下，系统组成及原理常规RTK系统主要由一个参考站（基准站）、若干个流动站及数据通讯系统（电台）组成。一个临时建立的基准站对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并通过数据通讯系统将其观测值和测站坐标信息直接传送给流动站，流动站采集GPS观测数据的同时，通过数据通讯系统接收来自基准站的信息，并组成差分观测值进行实时处理，得到厘米级定位结果。
现在随着网络RTK测量技术的兴起，大部分地区采用网数据的实时传输。把早期使用电台传输数据信号的单一的模式改为当今的网络传输数据信号所替代。随着无线网络的兴起，GPS技术应用日益广泛和不断发展，数据传输由原先的电台，发展到现在的GPRS、CDMA等无线网络，大大提高了数据的传输效率和传输距离，RTK测量由传统的基准站加移动站模式，发展到了广域差分系统模式。由多基站构成网络式的GPS服务体系，已成为GPS技术发展的目标。网络RTK技术提供了高精度的统一的空间参考框架和一个高效率的空间定位数据采集手段，在实时动态定位领域取得了革命性的进步。
从2000年起，部分城市连续运行参考站系统（CORS）陆续建成，RTK测量实现了无须架设基准站，定位的可靠性和精度相对较高，作业范围更大，可全天候的获得厘米级实时定位精度。
二.RTK测量技术在测量中的应用
2.1.在控制测量中的应用
常规控制测量常用的方法，一般有三角测量、导线测量、交会法定点测量等。控制点间每点必须通视，点位选择余地较小，外业观测工作量大，且精度分布不均匀；随着GPS全球定位系统技术的推广，采用GPS静态、快速静态等测量方法，外业观测量仍然较大，内业数据处理时，如外业采集的数据不能满足解算精度要求，还要重新进行外业数据采集。
采用RTK测量进行控制测量，点位布设灵活，可实时查看测量点的定位精度，点位精度满足技术要求时，就可以进行数据采集，大大提高控制测量的作业效率。
RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后，测量领域的又一次技术革命。它改变了传统的测量模式，能够实时提供厘米级定位精度，能够在不通视的条件下远距离传输三维坐标。应用于城市测量中，RTK能够快速准确地布设控制点，弥补由于城市日星月异的发展所造成低等级导线点毁坏的损失，减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。
2.2.在地形测量中的应用
地形测量一般首先根据控制点加密图根控制点，然后在图根控制点上用全站仪测图法或平板仪测图法测绘地形图。近几年来随着RTK的广泛应用，RTK在测量中的优点显现出来，采用RTK测量技术进行测图时，一般不需要进行图根控制点加密即可开展地形测量工作。控制点密度如不能满足相关技术要求，可在进行地形测量时，同步进行加密。控制点间不要求通视，点位不必设置在制高点，一遍选择在交通便利处，以便于架设基准站或RTK定向。根据测区情况和仪器性能，一台移动站一般只需配备1～2人，1人背着仪器在要测的碎部点上呆上1、2秒钟并同时输入特征编码，通过电子手簿或便携微机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形地物点位测定后回到室内或在野外，由专业测图软件可以输出所要求的地形图。RTK地形碎部测量仅需1人或2人操作，便可完成测图工作，一台移动站的作业效率，可相当于2～3个采用传统方法进行地形测量的作业组，大大提高了测图的工作效率。
2.3.在工程测量中的应用
一般工程测量包括路基测量、桥涵测量、隧道测量、隧道测量、隧道变形测量（地表沉降观测、收敛测量、拱顶下沉）、导线测量、高程测量等。
1、放样测量
工程施工测量放样的主要任务是利用测量技术将设计图纸上的工程构造物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据。在施工过程中，检测工程构造物的几何尺寸，以实现从设计图纸到工程实物的质和量的转变，在施工放样前应对仪器和工具进行常规检校和校准，例如：单位、坐标方式、补偿方式、棱镜类型、棱镜常数、温度、气压等的检查。当使用有内存的全站仪时，还可以提前将控制点（包括拟用的测站点、检查点）和放样点的坐标数据输入仪器内存并检查，在确认无误后方可施工放樣。施工放样的基本方法有已知距离的放样法；钢尺量距的放样法；用全站仪测设水平距离和已知高程的放样法等。测站与放样点间要通视情况良好，有时需要采用多种测量方法配合，才能设定一个点，作业效率不高。
采用RTK测量技术放样时，首先把设计点位的三维坐标输入到RTK的电子手簿中，然后利用随机软件的放样功能进行点位施放，由1人操作RTK，根据放样界面的指示，由当前点移动到目标点，作业效率较常规放样方法大大提高，并且点位精度均匀，不存在累积误差。 RTK测量技术在放样中有以下优点；
（1）可大幅度地减少控制测量的工作量；
（2）可全天候作业；
（3）测量过程直观；
（4）在地形起伏大、植被茂密的地区进行测量时，RTK技术能很好地解决测量过程中因通行、通视不便而造成的难题。
2、線路测量
线路测量是指铁路、公路、河道、输电线路及管道等线形工程在勘测设计和施工、管理阶段所进行的测量工作。
线路测量是确定线路的空间位置，在勘测设计阶段主要是为工程设计提供资料；在施工阶段主要是将线路中线（包括直线和曲线）按设计的位置进行测设。各种线形测量工作大体相似，其中铁路线路测量具有典型性。
纵断面测量又称中线水准测量，是在中线测定后，测定中线上各中桩的地面高程，并绘制路线纵断面图，用以表示线路中线位置的地形起伏状态。
纵断面测量一般分为基平测量和中平测量两部分。基平测量是沿路线方向设置水准点，并测定其高程，从而建立路线的高程控制；中平测量是根据基平测量建立的水准点的高程，分别在相邻的两个水准点之间进行水准测量，测定各里程桩的地面高程。
横断面测量是测定中桩两侧垂直于中线方向的地面高差和距离，并绘制横断面图，用以表示垂直于路线中线方向（横向）的地形起伏状态。
采用传统测量方法，线路测量一般需要按照“测设交点和转点——中线测量——基平测量——中平测量——横断面测量”的作业顺序来完成，测量时需要采用多种测量手段和方法，工作繁琐，放样元素需要现场计算，工作量大，作业周期长。
RTK测量软件一般都有线路测量功能，在室内将线路设计文件输入手簿中，外业测量时，根据手簿界面上的指示，移动RTK到测线上，测定地形变化点三维坐标数据，在室内使用软件生成纵横断面测量成果。
RTK技术测量在线路测量技术的优越性有3点。
（1）作业效率高。大大减少了“搬站”次数，在一般条件下几秒钟即可求得一点坐标，劳动强度低。定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。
（2）降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学视，只要求满足“电磁波通视”，使测量工作变得更容易更轻松。RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强在。无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证作业精度。
（3）操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果或进行坐标放样。提供统一的世界坐标系统成果（WGS—84），且测量结果为数字成果，易于数字化成图或为GIS提供数据。
三.应用RTK作业应注意的问题
1GPS作业时由于每个测点都是独立的观测，缺乏相关联的检核手段，因此，在作业前后，在测区内找均匀分布的已知控制点进行检核，是目前较好的检核手段。
2坐标转换方法，如控制联测法、单点法等所测量的点位精度不同，作业时应依据任务要求、测区大小使用不同的方法。
3RTK采用VHF超高频无线电波作数据链，容易受到电信发射塔、无线电台、高压电等干扰以及地形起伏条件的影响。因此，基准站应尽可能远离干扰源，并位于地势高处。
4RTK系统测量时仪器的连线电缆配件较多，特别是基准站发射电台的鞭状天线价格昂贵且目前国内没有替代产品，因此注意保护仪器、防止人为丢失及损坏而影响工作正常进行也是值得注意的问题。
5受卫星状况限制。在高山及密林区，城市高楼区，卫星信号被遮挡时间较长，使可作业时间受限制。这可由选择作业时间来解决。
6初始化能力和所需时间问题。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。
四、结束语
在测量领域中，由于RTK实时动态测量技术自身独特而强大的功能，充分显示了它在该领域实际测量领域的又一次技术革命。它改变了传统的测量模式，能够实时提供厘米级定位精度，能够在不通视的条件下远距离传输三维坐标。应用于城市测量中，RTK能够快速准确地布设控制点，弥补由于城市日星月异的发展所造成低等级导线点毁坏的损失，减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。RTK测量技术的特点，决定了RTK测量与常规测量的不同，测量精度与坐标转换参数、拟合参数的计算和控制点的选用有密切的关系。随着该技术的应用，GPS定位技术将在测量领域中得到更加广泛的就用。
参考文献
[1] 朱道璋.浅析GPS测量的误差及对应措施[A]华东六省一市测绘学会第十一次学术交流会论文集[C]，2009
[2] 徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].修订版.武汉：武汉大学出版社，2000.
[3] 康红星。GPS—RTK技术在城市控制测量中的应用。工程设计与建筑。2004.1（36）～36.
[关键词]GPS RTK 测量技术应用
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0392-02
一.RTK的发展
RTK（Real Time Kinematic）实时动态控制系统。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级定位精度的测量方法。现在采用载波相位动态实时差分方法，使仪器能够快速定位精度达到厘米级。它的出现在控制测量、公路测量、公路地形图测绘、横断面测量、纵断面测量、CORS应用、数据采集测量、放样测量、电力测量、水上应用等得到了广泛应用。
近年来，随着广州南方测绘、广州中海达、上海华测、苏广州一光等，国内一大批的测绘仪器公司生产的RTK仪器陆续投入市场，打破了国外厂商垄断RTK市场的局面，仪器价格大幅度下降，能够为普通测量单位所接受，拥有RTK接收机的数量，已成为衡量测量单位综合测量能力的重要指标。
在RTK作业模式下，系统组成及原理常规RTK系统主要由一个参考站（基准站）、若干个流动站及数据通讯系统（电台）组成。一个临时建立的基准站对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并通过数据通讯系统将其观测值和测站坐标信息直接传送给流动站，流动站采集GPS观测数据的同时，通过数据通讯系统接收来自基准站的信息，并组成差分观测值进行实时处理，得到厘米级定位结果。
现在随着网络RTK测量技术的兴起，大部分地区采用网数据的实时传输。把早期使用电台传输数据信号的单一的模式改为当今的网络传输数据信号所替代。随着无线网络的兴起，GPS技术应用日益广泛和不断发展，数据传输由原先的电台，发展到现在的GPRS、CDMA等无线网络，大大提高了数据的传输效率和传输距离，RTK测量由传统的基准站加移动站模式，发展到了广域差分系统模式。由多基站构成网络式的GPS服务体系，已成为GPS技术发展的目标。网络RTK技术提供了高精度的统一的空间参考框架和一个高效率的空间定位数据采集手段，在实时动态定位领域取得了革命性的进步。
从2000年起，部分城市连续运行参考站系统（CORS）陆续建成，RTK测量实现了无须架设基准站，定位的可靠性和精度相对较高，作业范围更大，可全天候的获得厘米级实时定位精度。
二.RTK测量技术在测量中的应用
2.1.在控制测量中的应用
常规控制测量常用的方法，一般有三角测量、导线测量、交会法定点测量等。控制点间每点必须通视，点位选择余地较小，外业观测工作量大，且精度分布不均匀；随着GPS全球定位系统技术的推广，采用GPS静态、快速静态等测量方法，外业观测量仍然较大，内业数据处理时，如外业采集的数据不能满足解算精度要求，还要重新进行外业数据采集。
采用RTK测量进行控制测量，点位布设灵活，可实时查看测量点的定位精度，点位精度满足技术要求时，就可以进行数据采集，大大提高控制测量的作业效率。
RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后，测量领域的又一次技术革命。它改变了传统的测量模式，能够实时提供厘米级定位精度，能够在不通视的条件下远距离传输三维坐标。应用于城市测量中，RTK能够快速准确地布设控制点，弥补由于城市日星月异的发展所造成低等级导线点毁坏的损失，减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。
2.2.在地形测量中的应用
地形测量一般首先根据控制点加密图根控制点，然后在图根控制点上用全站仪测图法或平板仪测图法测绘地形图。近几年来随着RTK的广泛应用，RTK在测量中的优点显现出来，采用RTK测量技术进行测图时，一般不需要进行图根控制点加密即可开展地形测量工作。控制点密度如不能满足相关技术要求，可在进行地形测量时，同步进行加密。控制点间不要求通视，点位不必设置在制高点，一遍选择在交通便利处，以便于架设基准站或RTK定向。根据测区情况和仪器性能，一台移动站一般只需配备1～2人，1人背着仪器在要测的碎部点上呆上1、2秒钟并同时输入特征编码，通过电子手簿或便携微机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形地物点位测定后回到室内或在野外，由专业测图软件可以输出所要求的地形图。RTK地形碎部测量仅需1人或2人操作，便可完成测图工作，一台移动站的作业效率，可相当于2～3个采用传统方法进行地形测量的作业组，大大提高了测图的工作效率。
2.3.在工程测量中的应用
一般工程测量包括路基测量、桥涵测量、隧道测量、隧道测量、隧道变形测量（地表沉降观测、收敛测量、拱顶下沉）、导线测量、高程测量等。
1、放样测量
工程施工测量放样的主要任务是利用测量技术将设计图纸上的工程构造物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据。在施工过程中，检测工程构造物的几何尺寸，以实现从设计图纸到工程实物的质和量的转变，在施工放样前应对仪器和工具进行常规检校和校准，例如：单位、坐标方式、补偿方式、棱镜类型、棱镜常数、温度、气压等的检查。当使用有内存的全站仪时，还可以提前将控制点（包括拟用的测站点、检查点）和放样点的坐标数据输入仪器内存并检查，在确认无误后方可施工放樣。施工放样的基本方法有已知距离的放样法；钢尺量距的放样法；用全站仪测设水平距离和已知高程的放样法等。测站与放样点间要通视情况良好，有时需要采用多种测量方法配合，才能设定一个点，作业效率不高。
采用RTK测量技术放样时，首先把设计点位的三维坐标输入到RTK的电子手簿中，然后利用随机软件的放样功能进行点位施放，由1人操作RTK，根据放样界面的指示，由当前点移动到目标点，作业效率较常规放样方法大大提高，并且点位精度均匀，不存在累积误差。 RTK测量技术在放样中有以下优点；
（1）可大幅度地减少控制测量的工作量；
（2）可全天候作业；
（3）测量过程直观；
（4）在地形起伏大、植被茂密的地区进行测量时，RTK技术能很好地解决测量过程中因通行、通视不便而造成的难题。
2、線路测量
线路测量是指铁路、公路、河道、输电线路及管道等线形工程在勘测设计和施工、管理阶段所进行的测量工作。
线路测量是确定线路的空间位置，在勘测设计阶段主要是为工程设计提供资料；在施工阶段主要是将线路中线（包括直线和曲线）按设计的位置进行测设。各种线形测量工作大体相似，其中铁路线路测量具有典型性。
纵断面测量又称中线水准测量，是在中线测定后，测定中线上各中桩的地面高程，并绘制路线纵断面图，用以表示线路中线位置的地形起伏状态。
纵断面测量一般分为基平测量和中平测量两部分。基平测量是沿路线方向设置水准点，并测定其高程，从而建立路线的高程控制；中平测量是根据基平测量建立的水准点的高程，分别在相邻的两个水准点之间进行水准测量，测定各里程桩的地面高程。
横断面测量是测定中桩两侧垂直于中线方向的地面高差和距离，并绘制横断面图，用以表示垂直于路线中线方向（横向）的地形起伏状态。
采用传统测量方法，线路测量一般需要按照“测设交点和转点——中线测量——基平测量——中平测量——横断面测量”的作业顺序来完成，测量时需要采用多种测量手段和方法，工作繁琐，放样元素需要现场计算，工作量大，作业周期长。
RTK测量软件一般都有线路测量功能，在室内将线路设计文件输入手簿中，外业测量时，根据手簿界面上的指示，移动RTK到测线上，测定地形变化点三维坐标数据，在室内使用软件生成纵横断面测量成果。
RTK技术测量在线路测量技术的优越性有3点。
（1）作业效率高。大大减少了“搬站”次数，在一般条件下几秒钟即可求得一点坐标，劳动强度低。定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。
（2）降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学视，只要求满足“电磁波通视”，使测量工作变得更容易更轻松。RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强在。无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证作业精度。
（3）操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果或进行坐标放样。提供统一的世界坐标系统成果（WGS—84），且测量结果为数字成果，易于数字化成图或为GIS提供数据。
三.应用RTK作业应注意的问题
1GPS作业时由于每个测点都是独立的观测，缺乏相关联的检核手段，因此，在作业前后，在测区内找均匀分布的已知控制点进行检核，是目前较好的检核手段。
2坐标转换方法，如控制联测法、单点法等所测量的点位精度不同，作业时应依据任务要求、测区大小使用不同的方法。
3RTK采用VHF超高频无线电波作数据链，容易受到电信发射塔、无线电台、高压电等干扰以及地形起伏条件的影响。因此，基准站应尽可能远离干扰源，并位于地势高处。
4RTK系统测量时仪器的连线电缆配件较多，特别是基准站发射电台的鞭状天线价格昂贵且目前国内没有替代产品，因此注意保护仪器、防止人为丢失及损坏而影响工作正常进行也是值得注意的问题。
5受卫星状况限制。在高山及密林区，城市高楼区，卫星信号被遮挡时间较长，使可作业时间受限制。这可由选择作业时间来解决。
6初始化能力和所需时间问题。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的RTK机型。
四、结束语
在测量领域中，由于RTK实时动态测量技术自身独特而强大的功能，充分显示了它在该领域实际测量领域的又一次技术革命。它改变了传统的测量模式，能够实时提供厘米级定位精度，能够在不通视的条件下远距离传输三维坐标。应用于城市测量中，RTK能够快速准确地布设控制点，弥补由于城市日星月异的发展所造成低等级导线点毁坏的损失，减轻由于城市高速发展而给测绘人员造成的时间压力。RTK测量技术的特点，决定了RTK测量与常规测量的不同，测量精度与坐标转换参数、拟合参数的计算和控制点的选用有密切的关系。随着该技术的应用，GPS定位技术将在测量领域中得到更加广泛的就用。
参考文献
[1] 朱道璋.浅析GPS测量的误差及对应措施[A]华东六省一市测绘学会第十一次学术交流会论文集[C]，2009
[2] 徐绍铨.GPS测量原理及应用[M].修订版.武汉：武汉大学出版社，2000.
[3] 康红星。GPS—RTK技术在城市控制测量中的应用。工程设计与建筑。2004.1（36）～36.