浅谈RTK在道路测量中的简单操作及应用

冯 祥 李淑一

（湖北文理学院理工学院）

1 GPS 系统的组成，工作原理及误差来源

1.1 GPS系统的组成

GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户还应有卫星接收设备。

空间卫星群 GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的GPS卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗GPS卫星发送出的信号。

GPS的地面控制系统：GPS的地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对 GPS的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入到卫星中去。GPS地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。

RTK是一种全天候、全方位的新型测量系统，是目前实时、准确地确定近距离待测点位置的最佳方式之一，是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。它需要一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机，以及用于数据传输的电台。RTK定位技术是将基准站的相位观测数据及坐标信息通过数据链方式及时发送给动态用户，动态用户将通过数据链传输的基准站数据连同自采集的相位观测数据进行实时差分处理，从而获得动态用户的实时三维位置。

RTK系统主要由三大部分组成：基准站接收机、数据链、移动站接收机。

1.2 RTK工作原理

RTK（Real Time Kinematic）技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程中的一个标志，是一种高校的定位技术。它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标——移动站，基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。它能够实时的地提供测站点指定坐标系的三维定位结果，并达到厘米级精度。RTK技术根据差分方法的不同分为修正法和差分法。修正法是将基准站的载波相位修正值发送给移动站，改正移动站接收到的载波相位，再解求坐标；差分法是将基准站采集到的载波相位发送给移动站，进行求差解算坐标。RTK的关键技术主要是初始整周期模糊度的快速解算数据链的优质完成——实现高波特率数据传输的高可靠性和强抗干扰性。

1.3 RTK误差来源

RTK定位的误差，一般分为两类：同仪器和干扰有关的误差。同仪器和干扰有关的误差：包括天线相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素；同距离有关的误差：包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。对固定基准站而言，同仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱，同距离有关的误差将随移动站至基准站的距离的增加而加大，所以RTK的有效作业半径是有限制的（一般为几公里）。同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。但是其残余部分也随着移动站至基准站距离的增加而加大。

2 RTK的技术特点

2.1 工作效率高：在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数，移动站一人操作即可，劳动强度低，作业速度快，提高了工作效率。

2.2 定位精度高：只要满足RTK的基木工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4km ）RTK的平而精度和高程精度都能达到厘米级。

2.3 全天候作业：RTK测量不要求基准站、移动站间光学通视 ，只要求满足“电磁波通视”，因此和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要满足RTK的基木工作条件，它也能进行快速的高精度定位，使测量工作变得史容易史轻松。

2.4 RTK测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强：RTK可进行多种测量内、外业工作。移动站利用软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。

2.5 操作简单，易于使用：现在的仪器一般都提供中文菜单，只要在设站时进行简单的设置，就可方便地获得二维坐标。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便地与计算机、其他测量仪器通信。

3 RTK的局限性和精度保障

当然RTK也有其局限性，会影响到执行上述测量任务的能力。了解其局限性可确保RTK测量成功。

最主要的局限性其实不在于 RTK 本身，而是源于整个GPS系统。如前所述，GPS依靠的是接收两万多公里高空的卫星发射来的无线电信号。相对而言，这些信号频率高、信号弱，不易穿透可能阻挡卫星和GPS接收机之间视线的障碍物。事实上，存在于GPS接收机和卫星之间路径上的任何物体都会对系统的操作产生不良影响。有些物体如房屋，会完全屏蔽卫星信号。因此, GPS不能在室内使用。同样原因, GPS也不能在隧道内或水下使用。有些物体如树木会部分阻挡、反射或折射信号。GPS信号的接收在树林茂密的地区会很差。树林中有时会有足够的信号来计算概略位置，但信号清晰度难以达到厘米水平的精确定位。因此，RTK在林区作业有一定的局限性。这并不是说，GPS RTK只适用于四周对空开阔的地区。RTK测量在部分障碍的地区也可以是有效而精确的。其奥秘是能观测到足够的卫星来精确可靠地实现定位。在任何时间、任何地区，都可能会有7到10颗GPS卫星可用于RTK测量。RTK系统的工作并不需要这么多颗卫星。如果天空中有5颗适当分布的卫星，就可作精确可靠的定位。有部分障碍的地点只要可以观测到至少5颗卫星，就有可能做RTK测量。在树林或大楼四周作测量时，只要该地留有足够的开放空间，使RTK系统可观测到至少5颗卫星，RTK 测量就有成功的条件。

为了保证地物点的测量精度，我们在选点时要采取以下措施：

1、点位应设在易于安装接收机设备、视野开阔、视场内周围障碍物高度角应小于15°(如可以选在最高建筑物的顶楼或者山顶)。

2、点位应远离大功率无线电发射源(如电视台、信号塔、微波通道等)，其距离不小于200 m；远离高压电线，距离不小于50m 。

3、点位附近不应有大面积的水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。

4、点位选择要充分考虑到与其它测量手段联测和扩展。

5、点位要选在交通方便的地方，以提高工作效率。

6、点位要选在地面地基坚硬的地方，易于点的保存。

除此之外，为了保证地物点的测量精度，我们还要对接收机天线进行校验，选择有削弱多路径误差的各种技术的天线。同时，我们还要不断利用新的数据处理技术，以削弱各种误差带来的影响。

4 RTK点放样及道路放样

在使用RTK进行点放样及道路放样前的准备工作如下：

1.测前准备：获取2～3个控制点的坐标（如果没有已知数据可用静态GPS先进行控制测量），解算或用相关软件求出放样点的坐标，检查仪器是否能正常使用。

2.站的架设：将基准站架设在较空旷的地方（附近无高大建筑物或高压电线等）

架设完后安装电台，连接好仪器后开启基准站主机，打开电台并设置频率。

3.建立新工程：开启移动站主机，待卫星信号稳定并达到5颗以上卫星时，先连接蓝牙，连接成功后设置相关参数：工程名称、椭球系名称、投影参数设置、参数设置（未启用可以不填写），最后确定，工程新建完毕。

4.输入放样点：打开坐标库，在此我们可以输入编辑放样点，也可以事先编辑好放样点文件，点击打开放样点文件，软件会提示我们是对坐标库进行覆盖或是追加。

5.测量校正：测量校正有两种方法：控制点坐标求校正参数和利用点校正。

注：平面至少3个点，如果进行高程拟合则至少要有4个水准点参与点校正。

4.1 点放样

当一切无误后，选择“测量”，并点击点放样，放样点可现场添加，也可提前输入放样点库，一般情况下提前将放样点输入放样点点库可以提高工作效率。输入放样点坐标后，手薄会有“东南西北”方位提示，根据提示即可找到所需放样点位置。如提前编辑好放样点坐标，当需放下一点时，只需点击下一点／里程即可。

4.2 道路放样

道路放样与线放样是相同的作业逻辑,只不过,道路比线的定义更加复杂,而且引入了纵断面和横断面设计线,使得放样点的计算稍微复杂一些，但是相对而言,道路放样流程与线放样的区别只在于定义线时的操作不同,后续的放样点采集和点放样工作是一样的。

定义道路包括三个方面的数据,分别是平面、纵断面、横断面。 平面定线有很多种方式,一般使用交点表法或者线元法[又称积木法]。交点表法基于一定的约定(例如单交点线路定义交点内线元组合为缓和-圆曲-缓和),因此对线型有一定的表达限制，而使用线元法,则可以任意的组合出线路形状，对于复杂曲线,例如卵形线,多交点曲线,虚交点等交点表数据,用相应的辅助软件转换获得线元数据,然后用线元法定线。

下面简单介绍一下平断面编辑之中的交点法；

例如：下为承秦01标直线、曲线及转角表

?

交点法

点击[交点法]进入交点数据编辑界面：

当所有交点数据编辑完成后点击预览可检查图形是否正确，如下图：

（此图为承秦01表主路线形）

其中检查里程可以任意输入测区之中里程桩号，并对照逐桩坐标表对照，检查曲线要素输入是否正确。

注：仪器型号为中海达V8。

当上述准备工作做好以后，我们就可以开始一些简单的道路放样了，如：道路横断面测量、路基中间计量等。根据手薄显示提示对断面上的点逐个进行采集，现最新版GIS+手薄系统记录点库中直接显示每点距中距离，省去内业计算各个横断面每点距中距离。

5 结论

GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，往往由于这些地区地形条件的限制，实施常规的几何水准测量有困难，GPS高程测量无疑是一种有效的手段。实时动态RTK技术在公路勘测与作业中的应用，对等级公路的勘测手段和作业方法产生了重大改变，极大地提高了精度和效率，对公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景，为我国国民经济发展带来了可观的经济效益。随着RTK价格的降低，它将会被测量部门所普及，随着RTK的广泛使用，它将使GPS的应用领域获得极大地扩展，从根本上提高测量的质量和作业效率。但是，对于RTK的不足之处还有待于改进。