RTK 測量技術在市政工程測量中的應用

李震章 呂福臣

（1、牡丹江市市政工程設計研究院有限責任公司，黑龍江 牡丹江 157000 2、牡丹江市勘察測繪研究院，黑龍江 牡丹江 157000）

1 RTK 技術優勢及局限性

1.1 RTK 技術優勢

1.1.1 作業條件要求較低。RTK 受地形和植被的通視條件、能見度、氣候、季節等因素影響和限制較小，不要求兩點間通視。

1.1.2 作業效率高。一般作業環境下，RTK作業半徑為10公里，大大減少已知點的需求，減少儀器的搬遷次數，需要的作業人員少，勞動強度低，作業速度快。

1.1.3 自動化、集成化程度高。采用內裝式軟件控制系統，測繪功能強大，無需人工干預，輔助測量工作大大減少，減少人為誤差，保證了作業精度。

1.1.4 操作簡便，數據處理能力強。只要在設站時進行簡單的操作，就可邊走邊獲得測量結果（坐標數據或點位）。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出功能強大，并能方便快捷地與計算機、其它測量儀器進行通信，大大減少人工的工作量。

1.1.5 定位精度高，沒有誤差積累。只要滿足RTK 的基本工作條件，在一定的作業半徑范圍內，RTK 的平面精度和高程精度都能達到厘米級；而且RTK 測量成果都是獨立的觀測值，不會像常規測量一樣造成誤差積累。

1.2 RTK 技術局限性

1.2.1 受衛星狀況限制。若沒有足夠的衛星數或衛星分布不均勻，會使RTK 初始化不能完成；城市高樓密布區衛星信號被遮擋時間較長，作業時間受到極大的限制或容易造成失鎖；RTK 測量與衛星分布以及數據鏈的性能有關，而且結果為獨立觀測值，缺乏外部兼容性的檢核。

1.2.2 受天空環境影響。RTK 作業過程中，受電離層、對流層的干擾；共用衛星少的情況下，甚至不能初始化。

1.2.3 受測區環境的影響。RTK 作業過程中，受周圍的無線電、高壓線、通信線以及反射環境的影響。

1.2.4 數據鏈傳輸受干擾和限制。RTK 數據鏈傳輸容易受山體、高大建筑物等障礙物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響作業精度和作業半徑；在地形起伏高差較大的山區和城鎮密樓區數據鏈傳輸信號受到限制。

1.2.5 受電力供應限制。RTK 測量耗電量較大，電力供應不足時使連續作業時間受限。

1.2.6 存在高程異常問題。RTK 作業模式要求高程的轉換必須精確，我國現有的高程異常圖在有些地區，尤其是山區，存在較大誤差，這使得將GPS 大地高程轉換至水準高程的工作相當困難，精度也不均勻。

1.2.7 穩定性和精度問題。由于RTK 容易受衛星狀況、天氣情況、數據鏈傳輸狀況的影響，穩定性及精度均不及全站儀；不同質量的RTK系統，其精度和穩定性差別較大，可靠性也無法達到100%。

2 RTK 測量技術的主要誤差來源與誤差控制分析

2.1 與衛星有關的誤差

2.1.1 衛星星歷誤差。由衛星星歷所給出的衛星位置與衛星的實際位置之差。

2.1.2 衛星鐘的誤差。衛星上高精度原子鐘存在的誤差。

2.1.3 相對論效應。是指由于衛星鐘和接收機鐘所處的狀態不同而引起相對鐘差的現象。與衛星有關的誤差可以通過差分技術完全消除。

2.2 與信號傳播有關的誤差

2.2.1 電離層延遲。電離層引起電磁波傳播延遲從而產生誤差。

2.2.2 對流層延遲。信號在對流層中的傳播速度延遲和傳播路徑的彎曲。

2.2.3多路徑效應誤差。受接收機（或天線）周圍環境反射造成的信號傳播誤差。

電離層、對流層誤差，通過差分技術可以大部分消除；多路徑效應誤差取決于天線及周圍的環境，一般環境下為幾厘米，而高反射環境下可超過10 厘米。因此，在RTK 測量中最主要的是削弱多路徑效應對測量成果的影響。

2.3 與接收設備有關的誤差

2.3.1 接收機鐘的誤差。接收機鐘存在的誤差。

2.3.2 接收機的位置誤差。天線的機械中心與電子相位中心不重合造成誤差。

選擇性能良好的接收設備，例如選擇具有Pinwheel 技術的天線，能削弱多路徑效應誤差。

2.4 與數據鏈有關的誤差

2.4.1 數據鏈設備的內部噪聲造成誤差。

2.4.2 外部無線電干擾造成誤差。

選擇優良的儀器設備以及選擇天氣狀況、作業環境、作業時間等得到削弱或基本消除。

2.5 與操作人員有關的誤差

與操作人員有關的誤差包括：對中誤差；整平誤差；流動站天線穩定性誤差；天線高丈量誤差。與操作人員有關的誤差只要測量人員在作業過程中規范操作便可有效降低，避免系統性地帶入到流動站的結果中。

2.6 與基準有關的誤差

與基準有關的誤差包括：已知控制點的誤差；WGS-84 坐標系向地方坐標系轉換過程的模型誤差；高程擬合的模型誤差。

與基準有關的誤差將不可避免地通過基準站系統性地帶入到流動站的結果中。因此，轉換模型誤差與已知控制點的誤差是用戶值得關注和設法解決的問題。

3 RTK 測量技術應用的優化

綜合上述分析，在同等的作業環境條件下，在避開電離層、對流層活躍程度較大及中午的時間段進行RTK 作業外，為使RTK 測量技術在市政工程測量中發揮其最大效能，最主要的是削弱多路徑效應對測量成果的影響，以及提高已知控制點的精度與轉換模型精度問題。

3.1 削弱多路徑效應對測量成果影響的措施

3.1.1 選擇性能良好的接收設備，如選擇具有Pinwheel 技術的天線。

3.1.2 基準站選擇在衛星高度角開闊、能避免無線電或高壓線強烈干擾、周圍無影響GPS信號的反射物（如大面積水域、大型建筑物等）的地區，便于進行全天作業（如進出方便、關系協調容易等）的高點。

3.1.3 采用GSM 或CDMA 撥號連接作為基準站與流動站間數據傳輸的載體。

3.1.4 基準站附近鋪設吸收電波的材料。

3.2 已知控制點優化的措施

在一個城市中，保存下來的高等級的控制點，成果大多為平面與高程分離，往往是不同技術方法、不同時期施測的成果，存在系統性的誤差（有些相容性較差），附帶有高程的也大多為三角高程或GPS 擬合高程。為使RTK 技術更好的應用于市政工程測量中，有必要對已知控制點進行優化后加以應用。

3.2.1 控制點的點位選擇優化

由于RTK 作業不受兩點間相互通視的限制，作為RTK 作業使用的控制點，從以下方面進行篩選優化：點位具有良好的天空開闊度；能避開無線電或高壓線強烈干擾；能避開GPS 信號反射物；作為基準站的控制點易于全天作業，且是某一區域范圍內的相對高點。

3.2.2 控制點的布局優化

控制點的布局要求分布均勻且能覆蓋整個測區。優化的措施為：根據上述篩選的控制點，結合地勢高低（平原地區可不考慮，因高程異常相差很?。?，分片確定基準站點、校正點?；鶞收军c滿足作業半徑不大于10公里并與相鄰基準站具有一定的重合的覆蓋面的要求；校正點滿足覆蓋整個分片區，并以能代表分片區的正常高的一點（具有水準高程成果）作為該分片的高程原點。

3.2.3 控制點等級優化

控制點等級的優化的主要目的是提高已知控制點的精度，確?；鶞收军c、校正點的WGS-84 坐標之間相對矢量關系的準確性。優化的措施為：對上述篩選后的控制點實施GPS 靜態測量。

3.3 轉換模型的優化措施

轉換模型的優化目的是減少WGS-84 坐標系向地方坐標系轉換的模型誤差，合理地求取RTK 轉換參數。為求得精確的轉換參數，通常有七參數法和四參數法兩種。四參數是同一橢球不同坐標系之間的轉換，七參數是兩個不同橢球之間的坐標轉換。顯然，RTK 測量更多的是使用七參數法。因采用GPS 靜態測量，通過平差軟件進行后處理便可自動求出七參數，故轉換模型的優化就變成了靜態GPS網的優化，其關鍵就是高程擬合模型的優化問題。求高程擬合參數實際上是求一個區域高程異常的過程。具體的優化措施為：選取能代表各分片的高程控制點，點數達到6 個或更多，而且分布均勻，參與到GPS 靜態網進行平差，那么求得的擬合參數精度更高。

4 結論

為使RTK 測量技術優勢發揮其最大工作效能，優化RTK 工作的基本條件是重要的措施。而從削弱多路徑效應對測量成果的影響，以及提高已知控制點的精度與轉換模型精度入手，可達到提高RTK 測量點的精度，特別是控制點的等級精度，解決高程異常問題；解決控制點引測、外業點校正找點問題；分片建立轉換模型采用內業校正，免除同一分片內的測量項目重復進行外業點校正等的目的，使RTK 測量的技術優勢得到更充分的發揮，有效的提高作業效率。

[1]徐紹銓等.GPS 測量原理及應用[M].武漢:武漢測繪科技大學出版社,1998.

[2]張振軍等.RTK 測量精度評定方法研究.測繪通報[J].2007,(1).

[3]GB50026-93 工程測量規范.