RTK在工程测量中的应用
RTK在工程测量中的应用
GPS测量以其定位精度高、观测速度快、小巧灵活和价格低廉等优点，深受广大测量工作者的青睐。随着GPS定位技术的不断发展完善，使测绘定位技术发生了革命性的变革，为测绘工作提供了崭新的技术手段和方法
GPS在控制测量中以其精度高、速度快、全天候等优点得到了广泛的应用，但这是建立在外业测量获取数据，然后再进行数据后处理，如果对有些质量有问题数据通过技术手段处理仍不能满足要求时，必须进行外业返工重测，造成工期延长和其它的经济损失。而GPS动态测量解K(RealTimeKinematiC)模式，则可以避免静态GPS测量中数据质量不能及时反映的不足，动态测量RTK技术与传统测量方法相比，具有明显的优势。首先，观测效率高;运用实时动态测星系统，连续采集单点坐标仅需十几秒钟，可实时解算坐标。其次，布点方式比较灵活，节省费用。在控制测量中，运用实时动态定位技术，各控制点间无须通观，既不需要进行造标，也不需要传统三角测量、导线测量中的连接点及传算点，这极大地降低和节省了测量费用。并且它可以实时反映测点的位置，精度和测量环境(如:PDOP，HDoP值等)等。实时动态定位技术，是一种以载波相位观测为基础的实时差分测量技术。它的基本形式是:以一台输人已知WGS一84坐标的GPS接收机作为基准站，对所有可见GPS卫星进行不间断观测，将其观测数据(已知WGS一84坐标及载波相位)，通过无线数据传输设备发送给流动站(用户观测站)。在流动站上，另一台GPS接收机接收卫星(与基准站所观测的卫星为同一组卫星)信号的同时，通过无线数据接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位、实时差分的原理，通过特定软件，实时地求差并计算出流动站所在点的WCS一84三维坐标，通过地方坐标转换参数，换算得出流动站逐点的平面坐标x，y和高程，并在电子手簿上实时显示其坐标及其精度。
关键词：全球定位系统（GPS）；控制测量；数据处理；基线结算；无约束平差；约束平差；精度分析
全球定位系统（Global Positioning
System-GPS）是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地、和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。该系统从本世纪70年代初开始设计、研制，历经约20年，于1993年全部建成。
GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性全天候、连续的精密3维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰和保密性。因此，发展全球定位系统（GPS）已成为美国导航技术现代化的重要标志，并且被视为上世纪美国阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。
全球定位系统的迅速发展，引起了各国军事部门和广大民用部门的普遍关注。GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，也引起了广大测量工作者的极大兴趣。特别是近十年来，GPS定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软件和硬件的开发等方面都取得了迅速发展。广泛的科学实验活动为这一新技术的应用展现了极为广阔的前景，并预示着经典的测量技术面临着一场意义深远的变革，从而将进入一个崭新的时代。
目前，GPS精密定位技术已经广泛的渗透到了经济建设和科学技术的许多领域，尤其对经典测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。它在大地测量学及其相关领域，如地球动力学、海洋大地测量学、天文学、地球物理勘探、资源勘察、航空与卫星遥感、工程测量及工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分显示了这一定位技术的高精度与高效益。
近年来，GPS精密定位技术在我国也得到蓬勃发展。在我国大地测量、精密工程测量、地壳运动监测、资源勘察和城市控制网的改善方面的应用及其所取得的成功经验，进一步展示了GPS精密定位技术的显著优越性和巨大潜力。
21世纪GPS导航与定位技术将获得进一步的发展，应用将更为广阔，从而为各国经济建设、国防建设的发展和科学技术的进步做出新的贡献。
GPS卫星测量学是由多学科相互渗透而形成的一门新兴学科，其基本理论尚在不断完善，应用领域也在不断拓框，发展迅速，日新月异。RTK是GPS的延伸，本文利用了GPS的测量功能，对
经济开发区进行控制测量，从而完成了对城市的采点，建设。
2& RTK系统
2.1 GPS定位技术的兴起及其特点
2.1.1 GPS的发展由来
1957年10月，世界上第一颗人造卫星的发射成功，是人类致力于现代科学技术发展的结晶，它使空间科学技术的发展，迅速的跨入了一个崭新的时代。
四十多年来，人造地球卫星技术在通信、气象、遥感、大地测量、地球动力学、天文学以及军事科学等众多学科领域，得到了极其广泛的应用，从而推动了科学技术的迅猛发展，丰富了人类的科学文化生活。
大家知道，人造地球卫星的出现，首先引起了各国军事部门的高度重视。1958年底，美国海军武器试验室，就着手建立为美国军用舰艇导航服务的卫星系统，即“海军导航卫星系统”（NNSS）。该系统中，卫星的轨道都通过地极，故也称“子午卫星系统”。1964年该系统解密，并提供民用。由于该系统不受气象条件的影响，自动化程度较高，且具有良好的定位精度，所以，它的出现也立即引起了大地测量学者的极大关注。尤其在该系统提供民用之后，在大地测量方面，进行了大量的应用研究和实践，并取得了许多令人瞩目的成就。这就预示着经典的大地测量技术面临着一场重大的变革。
虽然美国“海军导航卫星系统”，在导航技术的发展中具有划时代的意义，但是由于该系统卫星数目较少（5～6颗）、运行高度较低（平均约1000km）、从地面站观测到卫星的时间间隔较长（平均约1.5小时），因而它无法提供连续的的实时3维导航。加之获得一次导航解所需的时间较长，所以难以充分满足军事方面，尤其是高动态目标（如飞机、导弹）导航的要求。而从大地测量学方面来看，由于它定位速度慢（一个测站一般平均观测1～2天），精度也较低（单点定位精度3～5m，相对定位精度约为1m），所以，该系统在大地测量学和地球动力学研究方面的应用，也受到了很大的限制。
为了满足军事部门和民用部门，对连续实时和3维导航的迫切要求，1973年美国国防部便开始组织海陆空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划。这就是目前所称的“授时与测距导航系统/全球定位系统”，而通常简称为“全球定位系统”。
2.1.2 GPS的特点
（1）GPS相对于其他导航系统的特点
从1978年发射第一颗GPS试验卫星以来，利用该系统进行定位的研究、开发和实验工作，发展异常迅速。理论与实践表明，GPS同其他导航系统相比，其主要特点如下：
①全球地面迅速覆盖。由于GPS卫星的数目较多，且分布合理，所以地球上任何地点均可连续地同步观测到至少4颗卫星。从而保障了全球、全天候连续地3维定位。
②功能多，精度高。GPS可为各类用户连续地提供动态目标的3维位置、3维速度和时间信息。目前利用不同测距码实时定位、测速与测时的精度，大体如下表2.1所列。
表2.1 GPS实时定位、测速与测时精度
采用的测距码&P码&C/A码
单点定位/m&5-10&20-40
差分定位/m&1&3-5
测速/（m/s）&0.1&0.3
测时/ns&100&500
随着GPS定位技术和数据处理技术的发展，其定位、测速和测时的精度将进一步提高。
③实时定位。利用全球定位系统导航，可以实时地确定运动目标的3维位置和速度，由此既可保障运动载体沿预定航线的运行，也可实时的监视和修正航行路线，以及选择最佳的航线。
④应用广泛。随着GPS定位技术的发展，其应用的领域在不断拓宽。目前在导航方面，它不仅已广泛的用于海上、空中和陆地运动目标的导航，而且，在运动目标的监控与管理，以及运动目标的报警与救援等方面，也已获得了成功的应用；在测量工作方面，这一定位技术在大地测量，工程测量，工程与地壳变形监测、地籍测量，航空摄影测量和海洋测绘等各个领域的应用，已甚为普遍。
考虑到GPS主要是为满足军事部门高精度导航的需要而建立的，所以上述优点，对军事上动态目标的导航，具有十分重要的意义。正因为如此，美国政府把发展GPS技术，作为导航技术现代化的重要标志，并把这一技术视为20世纪最重大的科技成就之一。
（2）GPS定位技术相对于经典测量技术的特点
GPS定位技术的高度自动化和所达到的定位精度及其潜力，使广大测量工作者产生了极大的兴趣。尤其从1982年第一代测量型无码GPS接收机Marcrmeter
V-1000，投入广泛的实验活动，为GPS精密定位技术在测量工作中的应用，展现了广阔的前景。
相对于经典的测量技术来说，这一新技术的主要特点如下：
①观测站之间无需通视。既要保持良好的通视条件，又要保障测量控制网的良好结构，这一直是经典测量技术在实践方面的困难问题之一。GPS测量不要求观测站之间相互通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经典和时间（一般造标费用约占总经费的30%～50%），同时也使点位的选择变得甚为灵活。
不过也应指出，GPS测量虽不要求观测站之间相互通视，但必须保持观测站的上空开阔（净空），以使接收GPS卫星的信号不受干扰。
②定位精度高。现已完成的大量实验表明，目前在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1～2&10-6，而在100km～500km的基线上可达10-6～10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于1000km的距离上，相对定位精度达到或优于10-8。
③观测时间短。目前，利用经典的静态定位方法，完成一条基线的相对定位所需要的观测时间，根据要求的精度不同，一般约为1～3小时。为了进一步缩短观测时间，提高作业速度，近年来发展的短基线（例如不超过20km）快速相对定位法，其观测时间仅需数分钟。
④提供3维坐标。GPS测量，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。
⑤操作简便。GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务是安装并开关机仪器、量取仪器高、监视仪器的工作状态和采集环境的气象数据，而其他观测工作，如卫星的捕捉、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。另外，GPS用户接收机一般重量较轻、体积较小，因此携带和搬运都很方便。
⑥全天候作业。GPS观测工作，可以在任何地点，任何时间连续地进行，一般也不受天气状况的影响。
所以，GPS定位技术的发展，对于经典的测量技术是一次重大的突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革，另一方面，也进一步加强了测量学与其他学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。
2.2RTK的组成概况
1.RTK基准站
2.RTK流动站
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给流动站的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一数据链一流动站。
2.3RTK的原理
RTK技术又又称为载波相位差分技术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，即把基准站测量的观测数据实时的发送给流动站GPS接收机，流动站快速求解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。
载波相位的观测模型为:
L=冲=p十c?(dT一dt)+入?N一d际+
dp。+dp比l+dp+。(。)
L:以米表示的载波相位观测值;
蚕:以周表示的载波相位观测值;
入:载波波长;
dt:卫星钟差;
N:整周模糊度;
d际:电离层延迟;
dp呻:对流层延迟;
d阳:相对论效应;
。(中):观测噪声。
由于轨道、钟差及延时误差难于精确模型化，实际的数据处理中常常采用双差观测值。载波相位的双观测方程为:扮△份=7△p+入甲△N一7△d介m十7△dpt吻十甲△ha+甲△dp十。(7△动其中甲△为双差因子，动态用户的位置(x，Y，Z)包含在7△p中，要在同一历元同时解算出(X，Y，Z)和7△N是不可能的。在动态定位中，要求定位之前首先确定整周模糊度参数7△N，这一过程称为动态定位的“初始化”。一旦整周模糊度正确固定，载波相位观测值即可转换为高精度的测相伪距，从而实现厘米级的动态定位精度。;
2.4RTK的主要技术指标
RTK作为新技术用于测量是对静态CPS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:
l.RTK测量时的仪器标称精度
平面:lem+高程:Zem+Zppm。
建议工作距离:
最大工作距离:40km(有时需用大功率电台
和中继站的配合)
RTK初始化时间:2一ro秒(好的测量条件)
RTK测量时间:2秒厘米级，20秒毫米级
2.5 RTK测量坐标的系统管理
对于GPS测量其本身其本身运作在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: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，从而通过键人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空间直角坐标转换到该坐标系下，根据基准站所键人的坐标和确定的投影计算流动站所测点的坐标。
2基准和坐标系参数不明确，分两种情况:
(l)知道该点的WGS84地心坐标和该点的地方坐标，通过一一键人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范围，对该控制点无法控制范围该转换参数不适用，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。
(2)只知道该点的地方坐标，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，利用控制点的两套坐标系WG吸拼地心坐标(实时测定的)和地方坐标求取换参数，然后根据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，这时和（1）一样了。
2.6动态操作流程
2.6.1基准站
连接仪器&&&&&
（尤其注意一定保证电台的连接正确后在加电）
新建任务&&&&&
（取文件名，选择坐标系，我们常用无投影无墓准，在后面用3一4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54两套坐标)
对主机及其
电台进行设置& （注意天线类型，无线电频率）
启动基准站&&&
（观察电台有闪动证明已经启动）
2.6.2标准站
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&
（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，等初始完行）设置
开始测量&&&&&
（可选择点 线）
放样&&&&&&&&&
（可现场输入，也可业内键入要放的要素）
&3& RTK在工程测量中的应用
众所周知,无论静态定位,还是准动态定位等定位模式,由于数据处理滞后,所以无法实时解算出定位结果,而且也无法对观测数据进行检核,这就难以保证观测数据的质量,因此在实际工作中就经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。而解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性,这样一来却大大降低了GPS测量的工作效率。RTK的出现便使这一问题迎刃而解。RTK技术是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它的出现为工程放样、工程测图及各种控制测量带来了新的发展,并极大地提高了工作效率。高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值,RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站,流动站不仅通过数据链接收来自基准站的各项数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出高精度定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术,RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值,相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机,数据量比较大,一般都要求9600的波特率,这在日常工作中不难实现。实时动态(RTK)定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式,两种定位模式相结合,能在工程测量中发挥重要作用。快速静态定位模式要求GPS接收机在每一流动站上,静止地进行观测。在观测过程中,同时接收基准站和卫星的同步观测数据,实时解算整周未知数和流动站的三维坐标。如果解算结果的变化趋于稳定,且其精度已满足工程要求,便可以结束实时观测。一
般应用在控制测量中,如控制网加密,若采用常规测量方法(如全站仪测量),受客观因素影响较大,在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难,而采用RTK快速静态测量,可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5~10min
(随着技术的不断发展,定位时间还会缩短),不及静态测量所需时间的五分之一,在工程测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。动态定位:测量时在某一高级控制点架设好基准站并在流动站内设定预定的采样间隔(一般为几秒钟)后,流动站便根据设定的采样间隔自动进行采样。这样测量人员无须对其再进行任何操作,流动站就可以进行自动观测,并连同基准站的同步观测数据,实时确定各采样点的空间位置。在进行采样或对采样点进行特殊标记时也可通过手控进行观测。目前,这种测量方法不需要进行控制点加密,而直接进行碎部测量,其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在工程测量有着广阔的应用前景,在设立永久连续运行基准站后单人便可以完成整个工程图测绘。在数据链不失锁状态下测量2~4
s,精度就可以达到1~3cm,且整个测量过程不需通视,有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。
RTK在具体应用中要求:
(1)能同时接收5个以上的GPS卫星。星数问题限制了RTK技术的应用范围,在城镇、林荫、山地等地区,凡所测星数少于5个时,
RTK测量就会遇到困难。随着科技的不断发展,这个问题会被逐步的改善。
(2)迁站过程中不能失锁。但保证迁站过程中不失锁却很难,当迁站过程中经过树下、立交桥、隧道时,都有可能失锁。失锁后,必须重新初始化,即重新确定整周模糊值,确定整周模糊值的时间和可靠性,取决于4个因素:单频机或双频机、所测星数、至基准站的距离、RTK软件质量。
(3)必须能同时接收到GPS卫星的信号和基准站播发的差分信号。这是决定RTK技术能否成功的关键因素,也是制约RTK测量效果的重大因素。RTK系统的数据传输多采用超高频(UHF)、甚高频(VHF)和高频(HF)播发差分信号,一般国际测绘领域的RTK技术应用中,都采用UHF电台播发的差分信号,这要求基准站和流动站之间的天线必须“准光学通视”。
经过多个工程测量结果统计，基准站与流动站之间的距离对精度有很大的影响
3.1 控制测量
由于RTK测量下仪器标称精度为平面:1om+一高程:Zem+Zppm，可以满足城市各等级CPS控制网的要求，但考虑到RTK观测时间短，受卫星升降和随机误差的影响较大，故对高精度的控制网仍采用静态CPS测量的方法进行。在作业时可采用静态GPS测量作框架网，用RTK测量作框架网内加密网点的测量。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，用均匀分布的水准控制点作拟和，在较平坦的地区，完全可以达到等外水准的测量要求。
3.2碎部测量
由于GPS测量要求好的观测条件，所以碎部点的测量应根据具体情况决定，对于比较空旷的地域应采用RTK测量，对于信号遮挡、干扰大和多路径效应显著的地方应采用常测量的方法。在实践测量中，应扬长避短，如树木对GPS信号的影响远大于高压线等对信号的影响，应在树木茂密的地区用RTK结合全战仪测量碎部点不失为一种好方法。
3.3水域测量
由于RTK最大工作距离可达40km，对于没有建立差分站的港口和码头，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:l仪力到1:10以刃，即平面位置精度要达到0.1一1米。而水上定位不同于陆地定位，因为船是运动的、实时的，不可能象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命缺陷，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。水下声学定位是利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利用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CPS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，伪距差分相位平滑，但精度最高只能到3一5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，开阔的环境尤其适合运用RTKK。至于组合定位系统就是把几种定位系统组合起来，使之互相补偿，使之提高定位精度。一放来说，组合定位系统价格昂贵，实际应用较少。
3.4RTK数据与GIS的结合
RTK测量中，有一项为代码的键人项，利用该项功能可以为不同属性的地物设置不同的代码，然后建立自己的属性库，利用代码挂接属性库中该代码的属性，这样RTK测量的数据可以无缝的进人到GIS库中。由于RTK测量可以设置按一定的时间或一定的间隔来测量地物点，所以对于已建成地形、地籍和管线库，利用RTK测量来更新这些库可以起到事半功倍的效果。现在的GPS测量专门配有GIS数据采集器，可以对不同的地物记录不同的信息，充分描述每一地物的详细情况，流动性强且范围大，记录数据种类多，可以避免仪器过重，地形复杂等增因素而增加外业的劳动强度。GIS数据采集器可以把属性数据和空间数据统一管理，同时记录。属性数据可以事前根据需要自定义，预先传输记录在接收机中，现场采集地物的坐标的同时记录属性数据。另外，RTK测量数据处理简单，与GIS数据库有良好的接口，支持多种GIS格式，便于将处理的成果转移到GIS软件中。为了支持GIS的不同需要，可以事先编辑该应用所需要的数据字典，不同的任务选择不同的数据字典进行作业。可以根据情况以不同的编码来区分不同的地物，根据点、线和面来测量地物，使测量和制图统一起来，真正成为一体化作业。
3.5路线放样测量
RTK测量中，线路放样使RTK测量的优越性得到了充分的体现，不仅表现在人力资源的节省上，更体现在创造经济效益的价值上。其放样的形式主要有三种:
(l)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。对于无法放样点可利用
RTK测量的辅助工具做出引桩来进行放样工作
(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。
(3)曲线放样
应按照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。
3.6铁路曲线测量
采用常规的曲线测量方法，只能在铁路曲线的大修工程中应用，对于及时、正确地了解全国铁路的线路几何状态，还远不能满足需要。解决这一问题的有效途径是研究车载移动测量新方法。目前已有铁路轨道测量车，可以进行列车振动频率、幅度，轨道轨距、坡度等的测定，尚无法精确测量铁路曲线的整体几何状态。为了满足测t的需要，可以用CPSRTK技术代替常规的曲线测量方法，在距离允许的情况下，可以极大限度的提高测量的效率。
3.7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切改中，可以减少物力、财力和人力的投人。在管线信息库的建立中，管线的位置信息是尤为重要的，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)施测困难。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线位置的三维坐标，利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。，用RTK测量实施碎部地物点的测量，实时得到管
3.8 竣工测量
随着工程的结束，竣工测量为工程质量的评定提供第一手的资料，竣工验收中，对于大型的露天工程，如高架桥、轻轨的竣工验收等。如果采用常规的作业方法，对于高程和平面须分开进行测量，如果采用RTK测量，可以对工程的走向和起伏情况进行三维测量和定位，确定其位置与设计值的之间的差异，并对工程运营阶段的情况进行安全预测，对工程的质量结果和运营起到很好的指导，并可以预防不安全事故的发生。
3.9变形观测
对于大型的工程如大桥、河坝、河堤的变形观测，测量的时效性尤为重要，而且变形观测是必须按周期进行，对固定的变形标志反复进行观测，如果按常规的变形观测方法进行测量，会投人大量的人力进行外业的数据采集，如果用RTK测量变形标志点的平面位置，可以以较少的成本换取大的回报。对于没有没有财力建设长期相对固定变形观测站的单位来说，用RTK进行变形标志点平面位置的测量不失为种较好的方法。
3.10 RTK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，所有对CPS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、树丛边等周围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。以上是RTK在工程测量中的简单应用，随着RTK测量技术的推广，RTK在工程测量中的应用会越来越广泛。RTK在工程测量各个领域的广泛应用必将对传统工程测量手段的变革起到极大推动作用。
4& RTK在 工程测量的应用
&经济开发区位于 的东北部，靠近海边的狭长地带，为全面推进
经济开的城市化进程,满足市土地利用现状、土地利用规划、城镇地籍、农村地籍、城镇土地基准
价以及土地开发复垦与整理等数据库的建设与更新要求,建立 经济开发区统一的基础控制网,同时为开展下一阶段的转地测绘提供统一基准,
政府要求在全区范围内布设一级控制点。由于时间紧、工作量大,根据《
基础测绘技术规程》要求,我院采用了RTK技术进行作业。实际工作中,我们安排了一个作业小组采用美国Trimble公司双频5700接收机(1+1)施测一级点50个,外业观测只用了不到三天时间,大大的提高了工作效率,缩短了工期。
1)作业要求:
①一级GPS控制网采用动态模式(RTK)观测,RTK基准点的精度等级不得低于四等,最大辐射半径为5KM;
②RTK接收机技术指标应为;双频接收机,标称精度≤(10mm+2ppm),观测量为载波相位;
③用于RTK基准点求解WGS-84坐标系到深圳市独立坐标系的转换参数,转换后各点的残差分量应小于5
④RTK观测采用双基站的方式,即分两次不同点设基站,对每个待定点观测两组数据,初始化观测2次。观测时流动的架设就稳固,流动站与基准之间不得存在大功率的信号干扰区;
⑤RTK观测的采样率为1S,每次测量的历元数不小于10
个。单次观测时间不少于1分钟,单次观测的平面精度应≤2cm,
两次点位互差应≤5cm。
(2)RTK控制测量
①选点:按有关规定要求选点,点位尽量选择在************条件较好的主要道路上,一级点间至少有一个通视方向。
②点标志埋设:按《规程》要求制做统一规格铜标志、标石。一般土质和沙石地面上埋设标石,基岩和混凝土路面凿孔现场灌注混凝土埋设标志,并在标石上或点位附近注明点位等级、点
③观测:一级动态GPS (RTK)测量基准点均为三、四等GPS点。观测采用Trimble
5700双频GPS接收机。标称精度为10mm+1ppm,观测量为载波相位。采用双基站式观测,即分两次在不同点设基准站,每个基准站对待测点观测两次。单次观测时间为1分钟。
④RTK外业观测记录:RTK观测时进行野外记录,主要记录有参考基站点名、观测点名、基线长、观测接收卫星数、最近障碍物和发射台距离,以及每次观测精度情况。
⑤求解转换参数:在本镇设两个基准站,分别测定待测点,
选择覆盖待测点整个范围的三、四等点求解转换参数,并检测三、四等点以检查转换系数的准确性。
⑥高程测量:由于目前采用GPS
RTK技术施测待测点高程很难达到四等水准精度要求,所以所有待测点高程均采用四等水准方法施测。
3、精度分析
本工程我们采用RTK技术施测一级点50个,每个基准站对待测点观测两次数据,两次数据差一般小于1cm,同一等测点不同基准站观测两组数据差一般2cm,最大差4.98cm,单次观测的平面精度均&5cm。RTK施测一级点精度情况详见表1、表2。同一基准站两次观测成果互差统计表:表1
平均CM&最大CM&最小CM&0-1CM&1-2CM&2-3CM&3-4CM&5-6CM&备注
0.64&1.58&0&96.7%&3.3%&0&0&0&
不同基准站两次观测成果互差统计表:表2
平均CM&最大CM&最小CM&0-1CM&1-2CM&2-3CM&3-4CM&5-6CM&备注
0.98&4.98&0.14&17.3%&39.2%&27.2%&12.%&4.3%&
从以上情况看,RTK测量单位观浊=测平面精度较高,均&2cm,各点位间不存在误差累积。从精度统计看,同一基准站两次测较差一般都小于1cm,说明在相同条件下,观测时间长短对观测结果影响不大。采用不同基准站观测,由于观测时间变化,接收卫星条件变化,两组观测成果较差一般在2cm左右,3cm以下占总观测量83.7%,最大差4.98cm,说明不同的观测时间、观测条件对RTK观测成果有一定的影响。
4、结论与体会
(1)RTK技术能够实时地提供测量成果,不需要分级布网,操作简便,可以大大降低生产成本,提高测量速度和工作效益。
(2)测量精度高、点位精度分布均匀。GPS
RTK测量没有误差积累,其平面精度可达2—3cm,完全满足一级控制测量精度的要求,RTK精度与基准站的距离不是同步增长的关系。
(3)RTK测量缺少检核条件,测量时需采用一些方法来提高测量精度。如基准站的位置选择、采用不同的基准站、选择有利观测时间条件、同一个点安排不同的观测时间段、架设对点器等。
(4)转换参数的求解对成果精度至关重要,转换参数求解必须选择覆盖全测区的参考点,并利用己知点检查转换参数的准确性。
(5)观测时间长短对精度影响不是很大,观测时点位精度稳定收敛后再增加观测时间对成果精度不会有大的提高。
(6)虽然RTK精度与基准站的距离不是同步增长,并不代表距离不影响精度,根据经验,用RTK施测一级点,建设距离最好在3Km以内,最长不要超过5Km。
5& RTK技术在具体应用中的误差分析
在RTK技术应用中,主要存在两类误差:一类是与测站有关的误差,包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。另一类是与距离有关的误差,包括轨道误差、电离层误差、对流层误差。下面就上述误差进行分析:
(1)天线相位中心变化。天线的机械中心和电子相位中心一般不重合,而且电子相位中心是变化的,它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。因此不仅需要测量电子相位中心的平均位置相对于天线机械
中心的变化,而且要定义整个可见天线的相位中心的变化。忽视天线相位中心的变化,可使点位坐标的误
差一般达到3cm,最大可达到5cm。因此,若要提高精度,必须知道流动站天线和基准站天线的精确相位
图形,据之改正其数据。
(2)多路径误差。该误差是RTK技术定位测量中最严重的误差。它取决于天线周围的环境,多路径误差一般为5cm,高反射环境下可达19cm。多路径误差可通过一些措施予以削弱:选择地形开阔、没有反射面的点位;采用具有削弱多径误差的各种技术的天线;采用扼流圈天线;基准站附近辅设吸收电波的材料;采用处理数据的新技术;接收机内采用专门的滤波器削弱数据中的多径误差等。
(3)信号干扰。对于基准站而言,测试天线周围的电磁波干扰非常容易。干扰的强度取决于频率、发
射台功率和至干扰源的距离,改正这些影响的主要方法为选点时要仔细注意。
(4)气象因素。根据研究发现,在天气急剧变化时,也能导致观测坐标的变化。因此,在这种天气情
况下,不宜进行RTK测量。
(5)轨道误差。轨道误差只有几米,其残余的相对误差影响约为1ppm,就短基线(&10km)而言,对其结果的影响可忽略不计,但对于20~30km的基线则可达到几厘米。
(6)电离层误差。将L1和L2的观测值进行线性组合来消除电离层误差的影响。电离层效应同太阳黑子活动密切相关。在太阳黑子平静期小于5ppm,当太阳黑子爆发时,其影响可达到50ppm。实践表明,在太阳黑子爆发的几天内,不但RTK测量无法进行,即使静态GPS也会受到严重的影响。
(7)对流层误差。对流层误差同点间距离和点间高差密切相关,一般可达到3ppm。为了保证RTK达到厘米级精度,要对测站有关的误差一起模拟。
6& RTK的精度评定
RTK测量的3维坐标成果为WGS-84坐标,在获得WGS-84坐标的过程中,由于受到电离层传播延迟误差、对流层传播延迟误差、接收机钟差、接收机内部噪声、通道延迟、多路径效应、数据链内部噪声、外部无线电干扰等因素的影响,并且这些影响通过差分技术是不可以消除的,因此,必然导致RTK观测误差的产生,此类误差在RTK系统的控制终端中是可以实时显示的,在这里,我们把它称为ΔGPS。在工程测量中,用户所要得到的是地方平面直角坐标系下的直角坐标,这就必然要求把观测所得到的WGS-84坐标转换到地方坐标系中,转换的过程如图1所示。
在这个过程中,必然有模型误差和用于求解三参数的已知控制点误差的引入,由于已知高级控制点的误差很小,可以忽略不计,因此可得Δ总=ΔGPS+Δ模型由误差传播定律可得:m2总=m2GPS+m2模型只需求得模型误差,便可得到RTK测点的中误差,在RTK测量操作过程中,设置基准站完毕,为了检验基准站已知控制点坐标输入正确与否,基准站的天线高是否正确以及转换参数是否无误,需要检测已知控制点,这样便求得Δ总,进而求得Δ模型,从而可以对RTK测点的精度作出评定,判断是否满足图根控制的要求。
3. RTK测量的高程精度评定
如果测区首级控制网为GPS静态测量控制网,那么就会有WGS-84和北京54两套坐标成果,并且GPS点经过了水准测量,我们就可以用高程拟合等方法来得出测区的高程拟合模型,并利用未参加建模的点来评定模型的精度,记为:Δ高程拟合模型。RTK测量的高程误差Δ总=ΔGPS+Δ转换模型+Δ高程拟合模型,由误差传播定律得m2总=m2GPS+m2转换模型+m2高程拟合模型依据上述方法可得转换模型误差,进而对RTK测量的高程精度进行评定。在河道测量中,RTK作业的常用操作方法为在基准站直接输入北京54平面直角坐标和站点的正常高,在流动站直接得到测点的平面坐标,对于高程的处理,RTK系统默认为流动站的高程异常和基准站的高程异常是相同的,在平原地区的测图和放样作业中,由于基准站和流动站的高程异常相差很小,可以认为相同。但在施测图根控制的作业中,则必须建立最适合测区的高程拟合模型,并对高程拟合模型进行精度评定,进而对RTK测高精度是否满足图根控制要求进行论证。在水准重合点具有一定密度的测区,也可以采用高程异常等值线图的方法内插出待定点的高程异常,并计算出待定点和基准站的高程异常差值,对RTK测高成果进行改正。
人类进入21世纪,随着科学技术的速猛发展,RTK技术的发展趋势有:接收机小型化、增强抗树林遮挡和抗电波干扰的能力、降低码观测值和载波相位观测值的噪声、精化误差模型、生产接收双星座和多星座的接收机、室内实时定位等。GPS卫星定位系统在促进国民经济发展中起着非常重要的作用,是体现我国综合国力的一个重要指标,因此我们在今后要逐步实现GPS现代化———建立多个连续运行参考站的卫星定位系统即网络RTK技术。GPS技术已经广泛应用于城市测量中，传统的控制测量不仅费工时，而且精度分布不均匀，而GPS的应用打破了传统布网方案，点与点之间不要求通视，用它来进行控制测量，提高了作业效率。
GPS不仅能够达到1：1000平面控制测量的点位精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题，完全可以满足大比例尺控制测量的需要。
GPS控制测量操作简便，机动性强，不但可以大幅度提高测量速度，尤其在通视困难地区更具有明显优势，GPS定位技术观测一般不受天气状况的影响，具有全天候作业能力，其结果彼此之间相关性好，共享容易，容易与其它数据进行复合分析、制图等。
根据国家对的D、E级GPS控制测量的精度要求与实际作业的精度分析比较，说明GPS完全满足控制测量的精度要求，而且误差较传统的控制测量明显小。
在这次GPS控制测量中，也遇到了一些问题，具体分析如下：
首先是控制测量中控制网的优化设计，GPS控制网的优化设计是实施GPS测量的基础性工作，它的设计将直接影响到后面的实施工作和地籍碎部测量及最终的地籍信息系统建设工作。而GPS控制网中基准点的选择将直接影响网中各基线向量的精度和网的最终精度。同时由于GPS网的尺度含有系统误差，以及同地面网的尺度匹配问题，所以要求有较高精度的外部尺度基准。
在选点的过程中也遇到了一些问题，由于宁夏部分地形复杂，起伏较大，很多区域的信号问题并不是很理想，这就要求我们能够考虑到一些具体的细节问题，对于实地的选点工作要求我们能够认真对待。
在GPS数据处理的过程中基线的处理也是需要重视的，由于采集的数据不可能完全达到精度的要求，这就要求我们对数据进行处理，把不符合精度要求的数据删除，对一些参数的设置将直接影响数据处理的精度，细节的问题要进行特殊考虑。
这次莒南县GPS控制测量完全符合国家精度要求，相信可以通过以后的努力，通过种种措施提高定位精度观测成果的可靠性，使GPS观测成果更加稳定和可靠，相信GPS技术的应用前景会更加广阔。
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