摘要：隨著RTK測量技術的不斷發展，其在測量模式、效率及精度等方面都對傳統大地測繪方式提出了挑戰，而且其特殊的基站與流動站測量模式使某些工程測量手段的實現更加方便有效。本文從RTK定向、替代導線測量、工程放樣、地形圖測量等幾個方面對RTK技術方法的應用進行了概述，通過對比分析實驗數據得出了兩種測量方式的效率和精度特點。

關鍵詞：RTK;傳統大地測繪;對比;精度

0 引言

GPS RTK(Real Time Kinematic)技術又稱載波相位動態實時差分技術，它能夠實時地提供測量點在指定坐標系中的三維坐標(算，Y，z)，并能夠達到厘米級的精度。由于RTK技術在野外作業時能夠實時提供測量點的三維坐標，具備靈活、快速、省時、省力及精度高等優點，能極大地提高工作效率?。大量工程實踐證明：RTK技術能夠替代常規控制測量，如一、二級導線測量，圖根控制測量，四等水準測量等。目前，該技術已廣泛應用于地形測量、航空攝影測量、地籍測量、勘界與征地測量、工程測量等各個領域。本文主要針對RTK在測量方式、測量精度方面對傳統測量方法的影響及雙方互補等問題進行分析對比。

1 RTK定向

傳統大地測量中，定向是全站儀測量準備工作的首要步驟，其主要目的是建立待測區域在相應坐標系中的相應關系，從而達到聯測的目的，工作原理如圖1所示(4、曰為控制點)拉1。全站儀測量定向需要2個已知點，且需通視。測繪標志點稀疏，而且許多控制點已經毀壞，測區往往僅有一個控制點，使用全站儀進行測量無法定向。傳統解決方法是借助GPS控制測量與水準測量在測區引入其他控制點，然后利用引入點才能進行定向。

圖1 全站儀定向測量示意圖

隨著RTK測量技術的廣泛使用，其單基準站與流動站的測量特點，使在測區進行單基準點進行點位測量成為可能，進而利用即時測量的控制點進行定向。定向的基本原理：當測區范圍內僅有1個控制點時，可將基準站架設在已知點上(也可選任意位置架設)，利用流動站精確測量臨時控制點，進而用全站儀采用單基準點與臨時控制點進行定向，然后進行待測點的測量。這種GPSRTK與全站儀配合使用，省去了以往需要進行GPS靜態測量、水準測量等大量工作引入控制點進行定向，解決了以往在實際測量工作中測區僅有一個控制點時無法進行全站儀控制測量的問題，在實際測量工作中具有積極的意義。

另外，對于某些建立獨立坐標系的控制區域，例如RTK定向在地質物探線放樣等方面具有重要意義。因為物探線布設往往需要在測區某一方向上布設點位，這對于傳統解決方法意味著需要在測區至少引入2個控制點才能確定所需方向線，大大降低了工作效率。但對于RTK測量方法只需在測區任意位置建立起RTK測量系統(不需要已知控制點)，流動站測量的兩點計算得到點與點的方位角，建立起物探測區的方向線，然后可用RTK直接放樣點位或用全站儀放樣。同時，需要注意的是：建立RTK測量系統需注意坐標系的問題，即測量坐標系與RTK測量坐標系一致，例如在利用RTK定向過程中，由于RTK平面測量精度為厘米級且在作用距離范圍內(作業半徑一般為10 km)測量誤差獨立性、一致性的特點，保證了定向精度，如果是在離控制點1 m距離處測量定向點(距離越近定向誤差越大)，RTK測量橫向誤差對定向的誤差影響僅為0.5”，這對于定向精度來說可以忽略。

2 替代導線測量

GPS在測繪領域中的應用主要在高精度的大地測量和工程控制測量，而今GPS RTK(實時動態)模式，以其快速實時和操作便捷，使得GPS應用范圍變得越來越廣。常規控制測量通常要分級布網、逐級加密，還要考慮有較好的網形結構等。如各等級導線測量，不僅要構成一定的網形，至少兩點之間必須通視，才能進行導線施測，即便是在不需要布設控制點的地區，為了導線點間傳遞和網形，還必須布設和測量導線點，因此增加了許多不必要　的工作。而采用GPS RTK技術，就可直接在所需點位的測區進行布設和測量，節省了不少工作量。

RTK替代導線測量原理：基準站和流動站同時接收衛星信號，基準站將接收到的衛星信號通過基準站電臺發送到流動站，流動站將接收到的衛星信號與基準站發來的信號傳輸到控制手簿進行實時差分及平差處理，實時得到本站的坐標和高程及其精度指標等，并隨時將實測精度和預設精度指標進行比較，一旦實測精度達到預設精度指標的要求，手簿將提示測量人員是否接受該成果，如接受，手簿將測得的坐標、高程及精度同時存儲到手簿中。

以某測區城鎮環境1：500地形圖測量為例，用RTK測量直接代替導線控制測量進行圖根控制測量，測區共布設1 500余個圖根控制點，經過對最終地形圖成果進行檢驗，滿足《城市測量規范》中地形點誤差不大于±17 cm的規范要求，精度檢驗結果見表1。

表1 平面和高程精度檢驗結果(單位：m)

注：z、Y、z、z分別為縱坐標、橫坐標、高程、距離的中誤差。

總的來說，RTK替代導線測量優勢主要有以下兩點：

1)高效、精度高。通過粗略估計，導線測量布設圖根點工作計劃為20 d左右，采用RTK布設全測區實際工作日為7 d左右。

2)簡單易行。用RTK取代導線測量最大的優勢在于即時放樣，對于隱蔽區域，可隨時進行放樣圖根點，避免了測一個碎部點就要進行導線點的傳遞測量。

3 地形圖測量

與以往傳統測圖技術相比，RTK測圖操作簡便、高效，尤其打破了以往“先控制再碎部”測量原則，無須進行次級控制測量而直接采集碎部點，大大提高了工作效率。另外，在戈壁荒漠中，由于地形測量區域沒有明顯的地物參考，測量區域的判定對于傳統測量方式是突出的問題，擴大測量區域無形中增加測量工作量，減少測量區域則往往不能達到實際工程需求，而RTK測量則能實時觀測到測區范圍信息，順利解決了這一問題。與傳統控制測量相比，GPS RTK測量具有效率高、誤差累積少(各流動站之間不存在誤差累積)的優點，在一些精度要求不太高的控制測量中被廣泛應用。RTK在點狀地物、現狀地物和面狀地物測量的同時，可輸入地物屬性，在內業處理中就可以輕松識別測量地物的屬性信息，給內業制圖提供了方便口o。RTK在碎部測量中，用RTK進行地形測圖碎部測量可以不進行圖根控制而直接根據分布在測區的一些基準點進行各碎部點的測量，只需安置好基準站并輸入必要的已知數據(基準點坐標、參考點坐標等)后即可進行碎部測量。RTK碎部測量與傳統全站儀測量的人員配備不同，傳統全站儀測量一個作業組至少3人，RTK測量只需一人在碎部點上停留觀測2—3 S。同時RTK測量可以全天候進行，并且可以多個流動站同時進行碎部測量，效率可以成倍提高，而傳統全站儀測量雖然一組可以多人跑鏡但只能一人操作儀器，因而其速度提高是有限的。此外，傳統全站儀測圖需頻繁搬站，消耗大量時間。而RTK測量則不受基準站和流動站之間的地物影響，設一基準站后可在半徑10 km內采集任意碎部點(在能觀測到4顆以上GPS衛星的前提下)。

結合以往使用RTK技術在地形圖測繪中的應用，在提高成果精確性和可靠性方面總結以下幾點：

1)對于在城市空曠區、山地地形測量等能充分滿足RTK接收機數據采集要求的地區，RTK能快速完成碎部測量作業;但在建筑物密集、樹林稠密的地區，會使RTK初始化速度大大降低或者出現失鎖現象，可以采用RTK施測圖根控制點，再利用全站儀測量。這種GPS RTK+全站儀測量碎部點的方法，能快速完成野外作業，兩種作業方法能互相補充、取長補短，以最大限度地發揮各自的優勢。

2)在利用RTK技術施測圖根控制點時要充分考慮保證RTK高程控制數據的質量。在外業觀測時，觀測條件要求比碎部點高，注意及時與已知點高程校核，采用合適的數據處理方法剔除粗差。

3)初始化速度決定著RTK測量的速度，在山區、林區或建筑物密集區，GPS信號受到一定的影響，容易造成失鎖現象，需要重新初始化，大大降低了測量的精度和生產效率，解決這個問題的方法主要選用初始化能力強、初始化時間短的RTK機型。

4 工程放樣

工程放樣是工程測量的一個分支，其主要任務是按照設計和施工的要求，將圖紙上設計建(構)筑物的點位，在現場標定出來。現階段平面施工放樣常采用全站儀極坐標法或RTK坐標法進行放樣H1。施工放樣技術具有測量精度高，儀器的集成化、自動化和智能化程度高等優點。

傳統的放樣方法利用距離、角度等參數進行放樣，放樣精度往往取決于作業人員的專業素質、經驗以及觀測員和跑鏡員的相互配合，點位放樣效率比較低壚-。利用RTK放樣不但克服了傳統放樣法和坐標放樣法的缺點，而且具有觀測時間短、精度高、無須通視、現場給出精確坐標等優點。如圖2、圖3所示，RTK技術可放樣點、直線、弧段等信息，而且在操作過程中，GPS操作手簿會對操作員有詳細的提示信息，以便于快速方便地定位。另外，操作員還可將設計好的點、直線的參數信息上傳到操作手簿上，改變了以往手工錄入的放樣方法。

圖2 建立任務示意圖

5 RTK測量在攝影地形圖測量中的應用

航片制圖外業主要工作之一是像控點測量，即根據像片上室內布點方案，在實地結合劃定的影像確定像控點的位置，其一般采用GPS靜態測量和水準測量方式分別進行平面控制測量和高程控制測量，特別是水準測量在山區進行作業相當艱苦，且工作量大、效率低、作業周期長。根據以往測繪經驗，在航空攝影外業控制測量中GPS靜態觀測和水準測量占主要工作量的90%以上。但隨著RTK技術的迅猛發展，它以高精度、高效率以及誤差獨立性等特點在像控點測量等方面得到了廣泛應用，大大縮短了外業工作時間。

一般來講，像平面和高程控制點對于附近國家等級三角點或高級地形控制點的平面位置不超過圖上±0.1 mln，高程控制點不超過1/10基本等高距。以測繪平地l：10 000地形圖為例，平面位置不超過±l m、高程不超過±0.1 m即可達到規范要求，由于RTK測量實時定位精度可達到厘米級，所以用RTK測量像控點的平面和高程完全可能符合測量要求。但需要說明的是，RTK測高在復雜地形(如高山)條件下達到其標稱精度，由于高程異常的影響，必須要有測區符合條件的控制點進行點校正才能達到預期目的。

以某地區1：10 000航空攝影測圖為例，用RTK完成丘陵地形、山區地形的部分像控點精度檢測，將測量值與常規方法測量像控點的測量值進行對比，檢驗結果見表2、表3、圖4以及圖5。

表2 RTK丘陵地形像控點精度檢測(單位：m)

表3 RTK山區地形測量像控點精度檢測表(單位：m)

表2、圖4檢驗數據表明：丘陵地形RTK測量與常規方法測量像控點對比縱坐標最大差值為4 cm，橫坐標最大差值為3 cm，高程最大差值為3.2 cm。檢測結果表明，只要在測區范圍做好RTK工地校正，其測量精度在丘陵地形可以達到常規測量方法的精度，用RTK測量技術測量像控點在丘陵地形中是可行的。

表3、圖5檢驗數據表明，高山地形RTK測量與常規方法測量像控點對比縱坐標最大差值為5.6 em，橫坐標最大差值為7.2 em，高程最大差值為7.68(3m。檢測結果表明：只要在測區范圍做好RTK工地校正，其測量精度在高山地形可以基本達到常規測量方法精度，用RTK測量技術測量像控點在山區地形中是可行的。

通過以上山區、丘陵兩種較為復雜地形條件下用RTK測量方法對像控點進行測量的數據分析，得出利用RTK進行像控點測量可達到傳統測量方法同等精度的結論，而在效率方面RTK測量使得我們的測量工作更加簡便，其效率是傳統測量方式的數倍，在這方面RTK測量將有更大的發展空間。

6 結束語

GPS RTK定位技術相比常規測量及靜態GPS測量來說，其作業效率大大提高，在許多工程測量領域可完全替代常規測量，并且從效率、精度、作業方式等方面對常規測量作業方式有了很好的改進。只要選擇高精度、抗干擾性強的RTK測繪儀器，通過全面的質量保證措施，就能得到更加穩定可靠的高精度成果，相信其應用前景會更加廣闊。

參考文獻：（略）

來源：《測繪與空間地理信息》2017年4月

作者：賈桂寶，容金宏，席玉國，景文凱

來源：聯合勘測網