RTK在工程测量中的应用

　　摘要：本文主要阐述利用RTK具有快速、高效且精度高；不受通视、障碍物及地形条件的影响；不受两站间距离长短的限制特点，浅谈RTK在工程测量中的应用。主要包括：全球定位系统实时差分RTK的基本概念、结构组成、工作原理以及在工程测量中的应用。
　　
　　关键词：RTK；原理；应用；方便快捷
　　
　　2RTK系统的组成
　　（1）RTK基准站
　　（2）RTK流动站
　　（3）数据链
　　RTK基准站不同于静态GPS测量的是多了一台电台，其作用是把基准站的差分信号发送流动站的电台，通过接收机处理后在电子手簿或WindowsCE上显示出来。其数据流动为基准站数据链流动站。
　　3RTK原理
　　RTK技术又称为载波相位差分技术，对于载波相位差分一般有两种：（1）改正法，即把基准站所计算的载波相位改正数发送给流动站，改正流动站所测的载波相位并计算该点的坐标位置。（2）差分法，即基准站所测量的观测数据实时的发送给流动站GPS接收机，流动站快速解算所接收各颗卫星的整周模糊度，从而通过计算获取该点坐标。
　　4RTK主要技术指标
　　RTK作为新技术用于测量是对静态GPS测量的有机补充，但对RTK测量的相关规范还没有出台，以下是结合实际情况所给出的技术指标：
　　4.1RTK测量时的仪器标称精度
　　平面：1cm+1ppm；高程：2cn+2ppm。
　　4.2距离
　　建议工作距离：10km。
　　最大工作距离：40km(有时需用大功率电台和中继站的配合)。
　　4.3时间
　　RTK初始化时间：2～10秒(好的测量)。
　　RTK测量时间：2秒厘米级，20秒毫米级。
　　5RTK测量中的坐标系统管理
　　对于GPS测量其本身运作在WGS84地心坐标系统下，但实际测量所面对的坐标系统却变化多样，主要分两种：
　　5.1基准和坐标系参数明确，可以确定两个大地测量基准之间的转换参数，从而通过键入该坐标系的相关参数求取转换参数，把测量的WGS84地心坐标系统下的三维直角坐标转换到该坐标系下，根据基准站所键入的坐标和确定的投影计算流动站所测点的坐标。
　　5.2基准和坐标系参数不明确，分两种情况
　　5.2.1知道该点的GWS84地心坐标和该点的地方坐标，通过一键入来确定该控制点所控制范围的转换参数(至少三个已知点)，通过这种方法所确定的转换参数适用于该控制点所控制，对该控制点无法控制该转换对数不适用，但该方法适用于任意坐标系统，特别在建立工程控制网中得到了大量的应用。
　　5.2.2只知道该地方坐标，这时需利用RTK定位方法，以基准站为起算位置，确定各控制点之间的位置关系，并实时测定该控制点的WGS84地心坐标。在这种情况下，基准站的大地坐标是GPS自动测定的，得用控制点的两套坐标系WGS84地心坐标(实时测定的)和地方坐标求取转换参数，然后岔气转换参数求取基准站的地方坐标，并刷新地方坐标为基准站的假定坐标。这时就同(1)一样了。
　　6动态操作流程
　　6.1基准站
　　连接仪器(尤其注意一定确保电台连接正确后再加电)
　　
　　
　　新建任务(取文件名，选择坐标系，我们常用无投影无基准，在后面用3-4个已知点作校正)
　　
　　输入点校正(平面至少两个已知点，最好三个，要高程需四个点，每个点应具有84和54两个坐标系)
　　
　　对主机及电台进行设置(注意天线类型，无线电频率)
　　
　　
　　启动基准站(观察电台有闪动表示已启动)
　　6.2流动站
　　连接仪器
　　
　　打开任务(选择与基准站同一个任务)
　　
　　对主机及电台进行设置(注意天线类型，无线电频率，看见手簿有电台标志表示收到无线电信号，等初始化完成后即可)
　　开始测量(可选择测点，线)
　　放样(可现场输入，亦可内业键入要放的要素)
　　7RTK在工程测量中的应用
　　由于RTK测量下仪器标称精度为平面：1cm+1ppm；高程：2cm+2ppm；可以满足城市各等级GPS控制网的要求，但考虑到TRK观测时间短，受卫星升降和随机误差的影响圈套，故对高精度的控制网仍采用静态GPS测量的方法进行。在作业时可采用静态GPS测量做框架网，用RTK测量作框架网内加密肉点的测量。为了克服RTK测量中手持对中杆对测量结果的影响，所有的测量可用脚架对中，用巨大基座整平，这种方法在实际测量中经检验确实极大的提高了测量的精度。对于水准测量，用均匀颁布的水准控制点做拟和，在较平坦的地区，完全可以达到等外水准的测量要求。RTK在山区大比例尺地形测量。
　　7.1RTK在山区大比例尺地形测量
　　收集测区的控制点资料,对GPS静态和RTK测量进行技术设计。首先对仪器进行了常规检验,包括电池电量、主机内存等,使用Pccdu软件设置截止高度角和采样率;然后使用4台GPS接收机对测区内的4个全站仪1级导线点(19,21,24,25号点)进行一个时段(40min)静态测量,并将19和24号点作为已知点,使用Pinnacle软件解算出它们在WGSO84坐标系中的经度、纬度和大地高程及21和25号点的平面坐标.已知点和待定点的平面坐标和大地坐标分别如表1和表2所示：
　　
　　表1GPS静态测量所得控制点平面坐标（单位：米）
　　
　　RTK作业时的人员安排：基准站1人,3台流动站每站2人,1人操作仪器,1人画草图。
　　基准站上的工作：基准站应选在视野开阔、便于上点、远离大功率无线电发射源及高压电线的地方。为了增加电台的辐射半径,基准站应选在较高的位置,作业中选择19号点作为基准站。在基准站上安置好仪器、开机,然后用手簿进行基准站设置,设定截止高度角为10,采样率为1s,调整好基准站电台频段,并输入19点的大地坐标(表2)。
　　流动站上的工作：流动站按要求连好线,用手簿进行流动站的设置工作。首先新建一个工作项目,将流动站电频段和基准站设置相同,设置好截止高度角和采样率同基准站)后,输入19,21,24,25号点大地坐标和平面坐标,求解出4个坐标转换参数:2个坐标平移a和b,1个旋转参数θ,1个尺度比参数m。
　　对RTK图根控制测量的可行性检验：流动站设置完毕后,在碎步测量工作前,选择测区内的所有已知点坐标和高程进行检核,即首先用RTK测量测区内10,16,21,24,25号点的坐标,然后将实测坐标与对应各点的2s1级导线测量坐标和4等水准测量高程进行比较,所得坐标较差如表3所示。
　　
　　表3RTK测量坐标和已知坐标较差（单位：mm）
　　
　　由表3可以看出:RTK测量成果与已知成果相差较小,图根点的点位精度等各项指标符合《工程测量规范》要求,说明在山区进行大比例尺测量的图根控制可以采用RTK技术。由于用RTK测量无测站之间因搬站而引起的误差传递,控制测量和碎部测量的精度是相同的,故碎部点的精度也完全满足要求。
　　7.2水域测量
　　由于RTK最大工作距离可过40km，对于没有建立差分站的洪口和码头，用RTK测量方法结合多波束测深仪可进行各种比例尺水下地形测绘，航道内的清理工作。
　　定位是水下地形测量的重要组成部分。测量江河湖海水下地形，其比例尺都比较大，根据用户不同，测图比例尺从1：1000到1：10000，即平面位置精度要过到0.1-1米。而水上定位不同于陆地定位，因为船是运动的、实时的，不可能像陆地测量那样静止测量。水上定位有多种方法、如光学定位、无线电定位、卫星定位、水声定位以及组合定位等，光学定位以交会方法为主，即通常所用的前方交会法、后方交会法、侧方交会法以及极坐标法。由于后方交会法与侧方交会法有致使缺陷，不适于水上定位，已基本淘汰，极坐标法为近年来国内外研制的沿岸测量自动化系统所常用的方法。无线电定位系统具有全天候、连续实时定位的特点，定位精度基本能满足要求，作用距离远、覆盖范围大，以成为目前海洋测量的主要定位手段之一。水下声学定位是得用水下声标在水底建立测量控制网的一种水上测量定位手段。卫星定位日前主要是得用GPS卫星信号进行定位，GPS单点定位由于至多种因素影响，精度不高。定位精度近100米，不适于水上定位。近年来，国内外对运用GPS进行高精度动态测量作了大量研究，目前应用较多的有位置差分、伪距差分相位平滑，但精度最高只能到3-5米。而使用实时载波相位差分RTK，精度可达厘米级，可以满足高精度测量要求，水上一般没有遮挡，开阔的环境专项适合运用RTK。至于组合定位系统就是把几种定位系统组合起来，使之互补偿，使之提高定位精度。一般来说，组合定位系统价格昂贵，实际应用较少。
　　7.4线路放样测量
　　RTK测量中，线路放样使RTK测量的优越性得到了充分的体现，不仅表现在人和资源的节省上，更体现在创造经济效益的价值上。其放样的开工主要有三种：
　　7.4．1点位放样
　　RTK测量实时获取测量点的坐标，并给出所测点的坐标和放样点的坐标差异，并配以箭头作为导航方向可帮助快速找到放样点，并提供放样点精度，而且可进行采点。对于无法放样点可得RTK测量的辅助工具来完成放样工作。
　　7.4.2直线放样
　　对于直线，首先在RTK测量的辅助工具定义直线，然后按照桩号放样，方法同点位放样。
　　7.4.3曲线放样
　　应按曲线的参数定义好曲线，然后按照桩号放样，方法同点位放样。铁路曲线测量
　　7.5管线测量
　　随着城市的建设和发展，地下管网的信息化管理显得愈来愈重要，对地下管网建立可视的图文信息管理系统对城市的建设和可持续发展有很重要的意义，并且在大型工程如：地铁、轻轨和高架桥的管线整改中，可以减少物力、财力和人力的投入。在管线信息库的建立中，管线的位置跾是尤为生要的，在街道密布，走向曲折，高楼林立，白天交通繁忙，用常规方法(如全站仪)困难。工期紧，任务多，常规方法不能按时完成，用GPS静态测量建立控制网，用RTK进行碎部地物点的测量，实时得到管线位置的三维坐标，得用该管线的位置信息加管线的属性信息，就为城市管网图文稿信息管理系统提供了直接的数据来源，建成的管线信息管理系统为管线的查询、避免重复探测所造成的经济损失。
　　7.6RTK结合全站仪进行测量
　　由于GPSRTK是被动式的接收二万公里高空中的卫星信号和无线电传输信号，所以决定了它对信号质量的依赖性，所以对GPS信号影响的因素都会造成对GPSRTK测量的影响，对于像高压线、墙角、树丛边等周转的设有控制点的标志，在RTK测量无法在确定每颗卫星的整周模糊度时，用全站仪结合RTK测量，就可以高效率的完成测量任务，对于测量的成果，RTK测量成果可以和全站仪的测量成果一起处理。
　　参考文献
　　「1」 刘基余、李征航等编著《全球定位系统原理及其应用》测绘出版社
　　「2」 吴俊昶、刘大杰等编著《控制网测量平差》测绘出版社
　　「3」 国家测绘局发布《全球定位系统(GPS)测量规范》
　　「4」 《城市测量规范》1999年
　　「5」 徐绍铨、张华海等编著《GPS测量原理及应用》武汉大学出版社
　　「6」 周忠谟、易杰军编著《GPS卫星测量原理与应用》.北京：测绘出版社
　　
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