浅析RTK在城市规划工程测量中的应用.docx
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浅析RTK在城市规划工程测量中的应用
浅析RTK在城市规划工程测量中的应用
成都市新都城建勘察测绘有限公司
2009-11-7
序言
全球定位系统（GPS）在测绘生产部门的应用前几年主要集中在控制测量上。
作为测绘行业的一次技术革命，GPS不仅显著地提高了控制测量生产的效率，而且还从根本上改变了控制测量的作业模式和流程，使控制测量全流程自动化。
GPS定位技术近几年的进展主要集中在实时动态测量上。
这项关键技术在于OTF在航解求整周模糊度，目前这项技术已经成熟。
GPS卫星定位技术的发展，使测绘科学发生了巨大的变革，RTK实时动态测量技术已广泛应用于现代城市规划测量等诸多方面。
本文从RTK技术系统组成入手，简介了RTK系统的基本构成、测量的基本原理、定位精度、RTK测量成果质量控制以及相对传统全站仪测量优缺点对比，进而论述了RTK技术在现代城市规划工程测量中的应用。
关键字：
GPS、RTK、城市规划测量
目录
第一章RTK简介1
1.1RTK基本原理1
1.2RTK基本构成1
1.3RTK作用范围及测量精度1
1.4RTK作业流程2
1.4.1基站的选定和建立2
1.4.2测量参数设置3
1.4.3求取坐标转换参数3
1.4.4RTK外业施测3
第二章RTK在城市规划测量中的应用3
2.1控制测量3
2.2碎部测量5
2.3道路及管线测量5
2.3.1中线测设5
2.3.2纵、横断面测量6
2.4村界土地面积测量6
第三章RTK测量成果质量控制6
3.1影响RTK定位精度的误差源7
3.2RTK质量控制8
3.2.1如何判断观测质量8
3.2.2质量控制8
第四章RTK技术的优缺点9
4.1RTK技术的优点9
4.2RTK技术的不足及解决方法10
总结11
参考文献：
11
第一章RTK简介
1.1RTK基本原理
RTK技术即载波相位差分技术，是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。
其测量的基本原理是在基准站上设置一台GPS接收机，对所有可见GPS进行连续观测，并将其相位观测值及坐标信息，通过无线电设备，实时地发送给用户观测站。
用户站上的GPS接收机，在同步接收GPS卫星信号的同时，通过无线电设备，接收基准站传输的观测数据及坐标信息，然后根据相对定位原理，实时提供用户站的三维坐标，其精度能达到厘米级。
1.2RTK基本构成
RTK系统的最低配置可包括以下三部分,
（1）基准站接收机;
（2）流动站接收机,包括支持RTK的软件系统;（3）数据链,包括基准站的发射电台及流动站的接收电台。
1.3RTK作用范围及测量精度
RTK的作用距离在很大程度上取决于数据链,一般可达10～40km左右,当使用GSM通信网络作为数据链时,其作用距离更长,目前最大可达70km。
作业时基准站接收机设在有已知坐标的参考点上,连续不断接收GPS卫星信号,并将测站坐标、观测值（伪距和相位的原始测量值）、卫星跟踪状态及接收机工作状态等信息通过发射电台发送出去,流动站在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据,通过最小二乘搜索法OTF（OnTheFly）求解载波相位整周模糊度,再通过相对定位模型获取所在点相对基准站的坐标和精度指标。
OTF算法是目前仪器厂家普遍采用的技术,它可以使得RTK的初始化在几分钟乃至几秒钟内完成,而无需让仪器进行以往的静态初始化。
采用OTF算法技术的双频载波相位RTK,经过几秒至十几秒钟的OTF初始化即可达到厘米级的测量精度。
RTK测定点位坐标的时间一般为2～10s,目前市面上仪器的测量标称精度一般可达平面1cm+lppm,高程为2cm+lppm。
1.4RTK作业流程
1.4.1基站的选定和建立
基准站设置除满足GPS静态观测的条件外,还应设在地势较高、四周开阔的位置,便于电台的发射。
可设在具有WGS84和北京54坐标（或地方独立网格坐标）的已知点上,也可在未知点设站。
基准站的安置是顺利进行RTK测量的关键,基准站的点位选择必须严格，因为基准站接收机每次卫星信号失锁将会影响网络内所有流动站的正常工作。
所以在选点时应注意:
1）周围应视野开阔，截止高度角应超过15度,周围无信号反射物（大面积水域、大型建筑物等），以减少多路径干扰。
并要尽量避开交通要道、过往行人的干扰。
2）基准站应尽量设置于相对制高点上，以方便播发差分改正信号。
3）基准站要远离微波塔、通信塔等大型电磁发射源200米外，要远离高压输电线路、通讯线路50米外。
4）RTK作业期间，基准站不允许移动或关机又重新启动，若重启动后必须重新校正。
1.4.2测量参数设置
测量参数包括参考椭球系、投影参数、四参数、七参数、高程拟合参数、校正参数。
根据作业目的要求,选择适当的参数,提高施测数据点的三维坐标及精度。
1.4.3求取坐标转换参数
城市测量是在地方独立坐标系进行的，合理选择控制网中已知的WGS84和北京54坐标（或地方独立网格坐标）以及高程的公共点,求解转换参数,为RTK动态测量做好准备。
选择转换参数时要注意:
要选测区四周及中心的控制点,均匀分布。
为提高转化精度,最好选3个以上的点,利用最小二乘法求解转换参数。
高程尽量采用平面拟合或曲面拟合，提高碎部点高程精度。
1.4.4RTK外业施测
以上步骤完成后，便可进行工程作业。
RTK作业相对比较简单，当HRMS≤0.02,VRMS≤0.03及数据链交互频率为1-2S时便符合碎部点采集要求。
第二章RTK在城市规划测量中的应用
城市规划测量设计到的项目很多，包括城市控制网布设、建筑施工放样、红线拨地、竣工测量、道路管线定线及竣工测量、变形观测等。
下面就简单介绍下RTK在各项工程中的应用。
2.1控制测量
传统的大地测量、工程控制测量用三角网、导线网等方法来施测,不仅费工费时,要求点与点之间通视,而且精度分布不均匀,且在外业不知精度如何。
采用常规的GPS进行静态测量、快速静态等方法,在外业施测过程中不能实时知道定位精度,如果测设完成后,回到内业处理后发现精度不符合要求,还必须进行数据分析,及时返测。
而采用RTK来控制测量,在RTK手簿中选择已测控制点,就能够实时知道该控制点坐标（成图软件CASS的控制点数据格式:
点名、属性、X坐标、Y坐标、Z高程,测量控制成果文件格式3.dat）及点位精度,如果点位精度要求满足了,用户就可以停止观测,而且知道观测质量情况,这样可以大大地提高作业效率。
在一些高精度控制测量中，依然使用高精度GPS静态测量方法，但在一些图根控制和精度要求不是很高的控制测量中，应用RTK技术只需要作业人员在点位上测量几秒钟，就可以实时得到定位结果。
但是用RTK作测区控制，由于缺少检查条件，为了保证作业精度，可以采用两种方法来解决：
（1）用同一个基准站把所有点位测量两次，比较两次的差值；
（2）用两个不同的基准站将所有的点位分别测量一次，比较两次的差值。
用两个不同基准站进行RTK测量时，如果基准站的坐标精度不是很高，比较的差值可能比较大，而且会体现出一种系统性。
因为基准站的已知点误差在RTK测量中不能消除，并且会作为固定误差存在下来，这样比较的差值里面就包括已知点误差和测量误差两部分。
而用同测站测量两次，只含有测量误差，比较的差值就很小。
2.2碎部测量
如果直接用RTK测图，可以不布设控制点，改变了传统的“先控制、再测图”的做法。
RTK仅需一定数量的基准点，就可以高精度并快速地测定地形点、地物点的三维坐标。
全站仪测量要求测站与测站之间通视，至少需要2~3人操作，而采用RTK技术，仅需要1人持仪器在测区内采集数据，并同时输入点号和三维坐标，应用数字化软件可以生成各种比例尺地形图，大大提高了测图的效率和精度。
2.3道路及管线测量
在城市规划测量中，道路和管线定线以及断面测量是重头戏，包括前期道路中桩定线，边桩放样，道路纵横断面测量，道路高程TP点控制，后期道路竣工测量以及与其相辅相成的给水，电信，电力，燃气管道的定线，竣工测量。
由于其线性特征，使用传统的全站仪测量先控制后测量不仅拖用周期长而且需要不少的人力资源。
2.3.1中线测设
设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需将道路或管线在地面标定出来。
采用RTK测量，只需将中线柱点的坐标输入手簿中，系统就会定出放样的点位。
由于每个点位的测量都是独立的完成的，不会产生累积误差，各点放样精度趋于一致。
我们知道,道路路线主要是由直线、缓和曲线、圆曲线构成。
放样时,我们只要先输入各主控点桩号,然后输入起终点的方位角,直线段距离,缓和曲线距离,圆曲线半径,这样就可以很轻松放样了,而且一切工作均由GPS手簿来完成。
这种方法简单实用,比起传统的弦线拨角法要快速得多。
另外,如果需要在各直线段和曲线段间加桩,只需输入加桩点的桩号就行了,剩下工作由GPS来完成。
2.3.2纵、横断面测量
公路中线确定后，利用中线桩点坐标，通过绘图软件，即可给出路线纵断面和各桩点的横断面。
由于所用数据都是测绘地形图时采集来的，因此不需要再到现场进行纵、横断面测量。
从而大大减少了外业工作。
如果需要进行现场断面测量时，也可采用实时GPS测量。
与传统方法相比，在精度、经济、实用各方面都有明显的优势。
2.4村界土地面积测量
城市规划常常设计到土地征用，从而村界土地面积占用赔偿问题需要测量人员来测量与公正。
在以往的村界土地面积测量中，面积小的使用全站仪自由网支点测量，尽管省去了控制，但是在田野里绕来绕去的支点架站，无论从观测人员还是从测量速度来看都是吃不消的。
遇到大面积的测量更是头疼，以前2个平方公里需要测量一个月，现在使用RTK不到一周就测完了，而且精度高，省时省事省人。
第三章RTK测量成果质量控制
RTK确定整周模糊度的可靠性较高,可达到95%以上,RTK与静态GPS相比较,易出现一些误差因素,如数据链传输误差等。
因此,和GPS静态测量相比,RTK测量更容易出错,必须进行质量控制。
3.1影响RTK定位精度的误差源
影响GPS-RTK定位精度的因素按误差源的不同,可以分为两大类:
一是与外业测量有关的测量误差;一是与数据处理有关的处理误差。
与外业测量有关的误差源可以分为如下几类:
（1）RTK接收机误差源。
内容如表1所示
表1 RTK定位测量的主要误差
主要误差源
影响因素
与卫星有关的误差
卫星星历误差;卫星钟差。
与卫星信号传播有关的误差
电离层折射误差;对流层折射误差;多路径传播误差。
与接收机有关的误差接收机钟误差
接收机位置误差
与基准站有关的误差基准站已知坐标误差
基准站载波相位误差
（2）RTK流动站的误差源。
①基准站点位的精度影响;②天线对中等人为产生的误差;③外界环境干扰影响;④流动站天线姿态误差。
与数据处理有关的处理误差可以分为如下几类:
①坐标参数转化误差;②数据计算的数学模型误差;③拟合内插误差;④模糊度解算误差;⑤动态基线解算误差;⑥差分信号调制解调误差;⑦流动站内存软件模型误差。
3.2RTK质量控制
3.2.1如何判断观测质量
（一）直接查看观测手簿上的收敛值。
目前大多数RTK仪器都已采用OTF方法计算整周模糊大大缩短了解算时间。
因此,在无干扰的测区,仪器锁定卫星颗以上时,5秒钟内RTK测量即获得固定解,手簿显示的收敛值一般在2cm以内。
此时的收敛值真实地反映了天线中心测量的内符合精度。
若RTK测量60秒以上才得到固定解,此时的收敛值可能存在伪值。
需要进一步确认。
（二）重复测量判定观测质量。
少数测区存在一些干扰源,造成RTK测量质量不正常。
导致观测成果出现较大误差甚至有伪值现象。
这种情况观测时不易发现,可从手簿上反映出收敛很慢,求得固定解一般需要几十秒甚至几十分钟才能完成,其收敛值一般在4～8cm之间。
这时手簿上显示的收敛值可能不完全真实,有时测量误差可能达到几十厘米甚至几米。
当出现此种情况时,要慎重对待采集的数据,最好重置整周模糊度GPS实时动态差分（RTK）技术的应用与体会重复采集数据以检核观测质量,或重复采集数据来判定观测质量
3.2.2质量控制
质量控制的方法主要有:
（1）已知点检核比较法:
即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点,然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核,发现问题即采取措施改正。
（2）重测比较法:
每次初始化成功后,先重测1、2个已测过的RTK点或高精度控制点,确认无误后才进行RTK测量。
（3）电台变频实时检测法:
在测区内建立2个以上基准站,每个基准站采用不同的频率发送改正数据,流动站用变频开关选择性地分别接收每个基准站的改正数据从而得到2个以上解算结果,比较这些结果就可判断其质量高低。
第四章RTK技术的优缺点
4.1RTK技术的优点
1.作业效率高。
在一般的情况下，RTK设站一次可完成半径为5/km2的测区，大大减少了传统测量所需的控制点熟练和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，几秒钟就可得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了工作效率。
2.定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为5公里），RTK的精度可达厘米级。
3.降低了作业条件要求。
RTK技术不要求两点间同视，只要求满足“电磁波同视”即可，因此，和传统的测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制比较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，就能轻松地进行快速、高精度的RTK测量作业。
4.RTK作业自动化、集成化程度高。
测绘功能强大RTK可胜任各种测绘内、外业。
流动站利用内装软件，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，保证了测量精度。
5.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，就可边走边测，获得坐标或进行坐标放样。
数据传输、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其他测量仪器进行通信。
4.2RTK技术的不足及解决方法
（1）受卫星状况限制。
当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。
另外，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。
产生假值问题可采用RTK测量成果的质量控制方法处理。
作业时间受限制可选择有利作业时间解决。
（2）天空环境影响。
白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接收不到5颗卫星，因而初始化时间长，甚至不能进行初始化，无法进行测量。
选择作业时段非常重要。
（3）数据链传输受干扰和限制，作业半径比标称距离小RTK数据链传输易受到障碍物，如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和外业半径。
在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。
另外，当RTK作业半径超过一定的距离时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比标称半径小很多。
解决的有效方法是把基准站布测在测区中央的最高点上。
（4）初始化能力和所需时间问题。
在山区、一般林区、城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，采用RTK作业时有时需要经常重新初始化。
这样测量的精度和效率都受到影响。
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。
（5）电量不足问题。
RTK测量耗电量见大，需要多个大容量电池、电瓶才能保证连续作业，在电力供应缺乏的偏远作业区受到限制。
（6）精度和稳定性问题。
RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪，特别是稳定性方面，这是由于RTK容易受卫星状况、天气状况影响的缘故。
要解决此类问题，首先要选用精度和稳定性都较好的高质量机型，然后,在布控制点时多布置一些“多余”控制点，作为RTK测量成果质量控制的检核点。
总结
RTK作为一种工程测量手段，随着技术不断提高，测量人员知识的不断丰富，加上价格也可以接受。
如今RTK广泛应用与测量行业中来。
少数部门行业已经建立起了VRS，CORS系统，应用与GNSS，GIS真正实现了城市数字一体化。
不久将来随着RTK技术日益增进，定位精度不断提高，可能取代全站仪成为主流测量工具。
参考文献：
王廷刚、GPSRTK技术在现代工程测量中的应用、cnki、2008
袁秋林、GPSRTK技术在公路测量中的应用、cnki、2006
蔡文惠、RTK技术实际应用优劣及其质量控制探讨、cnki、2007
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