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[摘 要]介绍了GPS-RTK（文中均简称为“RTK”）技术测量实践的运用特点，为实践运用提供参考。
[关键词]GPS-RTK技术 测量 应用
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0093-02
1.前言
隨着经济的增长、人民生活水平的提高和城市化进程的加速，城市的合理规划显得更为重要。测量技术作为城市建设的重要部分，其发展日渐成熟。GPS测量技术的兴起和发展是测量技术发展史上的一个里程碑，其具有全天候、高精度、良好的抗干扰性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间，GPS点间无需通视、作用距离远等优势，为工程测绘提供了便利的手段，给工程建设带来极大的经济效益和社会效益。我院根据自身发展的需要，引进了多台GPS接收机，并配置相应的后处理软件。本文通过GPS-RTK测量实践介绍其应用特点，并对某些技术问题予以探讨。
2.GPS原理
GPS技术分为动态RTK实时定位和静态测量定位技术。动态测量技术RTK（Real Time Kinematic）则是以载波相位观测为依据的实时差分GPS（RTD GPS）技术，主要是通过基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站三维坐标差△X、△Y、△H。坐标差加上基准站坐标得到每个点的WGS一84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标X、Y和高程H，其精度可达到厘米级别。利用常规方法（三角或导线测量）来完成控制网的布置，往往被房屋建筑物或树木等遮挡视线，通视条件差，经常需要支（转）点，测角测边误差大，精度不一，需要投入较大的人力物力，造成极大的经济浪费，同时测量成果（精度）需要内业分析处理后才能获取，缺少实时性；GPS静态定位技术虽然不需要点间通视， 可以实现高精度的快速的控制网测量和部分碎部测量， 大地高差误差△h/D可达到3～4ppm， GPS相对定位精度在50km以内可达10～6ppm。在300～1500m工程精密定位，1h以上观测的解其平面精度误差小于1mm；而且观测时间短，20km以内相对静态定位，仅需15～20min，高程精度可达到厘米级，通过引入高级水准点进行高程转换处理，在山区中误差可达到±15cm，但数据处理和定位仍然缺少实时性，精度超限时须返工处理，影响作业效率；RTK技术则可以克服前两种方法的缺陷，可以实时获取定位结果及定位精度，大大提高了作业效率。
3.RTK技术工作程序内容探究
GPS RTK技术的应用包括控制网建立和校核、地形（籍）数据采集处理、内业成图、放样测量等若干方面，利用RTK技术建立高程控制网时，必须进行GPS点高程异常值的解算，以获得精确的高程值。
3.1 控制网建立和校核
建立GPS控制网：1、GPS控制点网形（比如三角形或多边型异步环，网型封闭等）、密度、间距满足国家规范要求及工程需要，控制测区范围，而且要尽量避开树林等障碍物的影响，控制点保证至少两两通视，成对出现， GPS点埋石要易于保存，不易破坏；2、观测前一天要作好卫星可见性预报，选择最佳观测时段（比如平静期），编制适宜的观测计划； 3、严格对中整平天线，天线高多次量测取平均值；4、确保观测卫星截止高度角≥10o，有效观测卫星数≥5，采样间隔≥20″，空间位置精度因子PDOP≤6，每点观测时段数≥2，每时段观测时间≥60min，安置天线用指南针定向，使天线指北线指向北，定向误差≤5°，以减弱相位中心偏差影响。确保外业测量“固定解”的获取；基准站架设尽量避开雷达、强电磁波辐射源、大面积水面等已知点，避开测站周围100-500m范围的UHF＼VHF＼TV等发射台，观测过程注意GPS接收机工作状况，准确填写观测野外记录手簿并保证数据的完整性。6、完成GPS数据采集，需要进一步利用随机配置GPS静态定位软件和平差软件对测量数据进行基线向量（边长中误差、复测基线长度校差等指标）的解算与检核、平差处理等。
基线处理采用自动处理和手工处理结合的方式，自动处理优先，自动处理结果不满足要求，则引入手工处理模式，以保证基线成果的可靠性和准确性；不符合要求的，或返工重测或删除，以免对GPS网造成精度损失；基线向量检核则需计算各同步、异步、复测基线的闭合差及全长相对闭合差，以保证观测网的精度符合要求；进行GPS网平差计算，要进行三维无约束平差和二维约束平差：通过三维无约束平差，评价GPS网内部精度，剔除粗差，检查有无明显系统误差，获取各GPS点的统一坐标系下的坐标；而进行二维约束平差，则引入控制点坐标，形成各点坐标差及其误差方程，进行平差处理，以求得控制网各点坐标及精度指标。
进行GPS高程控制网布设时，考虑高程异常等因素的影响，高程测量根据需要采用GPS技术与水准测量（全站仪）相结合的方式（联测点大于3个）来完成控制点基准校核和布设。通过GPS技术精密测定观测点的大地高程差，利用大地水准面数字模型内插出计算点的高程异常或异常差，进而求出特定点的正常高。多次观测进行分析比较，剔除多余观测，进行基线解算，平差等，取通过GPS技术观测获得的观测值的平差值作为最后的基准点高程。
数据链的传输往往受到天线高低的影响，电台的作用距离按公式D=4.24{0.5H1+0.5H2}进行计算（H1、H2依次为基准站和流动站的天线高，单位m，D是数据链覆盖范围的半径，单位为km，运用公式进行分析判断RTK的作用距离和作业效率。
3.2 RTK技术在地形（籍）数据采集的应用
因GPS RTK技术定位时间短，精度高，而且测站间、观测点间无需通视，15km内流动站流动站观测时间每站每站观测仅需几秒钟，因而采用GPS技术（或与全站仪结合）的方式完成地（籍）测量。通过符合精度要求的图根控制点的加密进行碎部测量，就可实现单人来完成地形图数据的采集，存储绘制，误差无积累，提高了精度和效率。外业获取的测量数据通过广州南方CASS、GIS等软件连接通讯传送到系统，经过数据过滤转化为三维矢量数据，然后适当通过内插等方法生成高精度的三维地面模型DTM。利用纹理、光照渲染，叠加套合，虚拟现实技术等生成逼真的数字地形模型，实现动态演示和景观模拟。我们就可以利用软件强大的数据集成、存储功能进行测绘成果系统化管理，实现查询、分析等功能，为工程建设等提供重要的参考资料，为质量控制和工程计量提供必要的保障。 RTK测量的数据格式为*.RTK，还不能直接为CASS软件所识别，我们可以通过转换，使之成为CASS软件所能识别的*.dat格式。转换后就可以方便地编辑和处理，之后，适当删除误差大或错误的碎部测量点并导入数据到CASS软件，进行漏测、错测地形数据检查，当天测量成果当天检查，这样就有利于及时对其进行补测纠正，减少测量返工风险，确保内业的成果质量，从而实现实时成图，方便快捷，真正实现RTK测量内外业一体化。
3.3 GPS放样测量
GPS RTK放样精度可达5cm，可满足土石方工程和一般工程的施工要求。在采用点放样时，首先将放样点坐标和静态网中的坐标转换参数一起传送到GPS流动站，然后根据所放点位置进行实地放样。进行线路放样时首先在室内根据线路中心线的弯道元素编制线路中心线文件，将该文件和坐标转换参数传送到GPS流动站接收机，在实地依桩号和所放点与中心线的关系进行实地现场放样。
GPS技术应用于城市规划项目的外业测量，大大的缩短了测量外业作业的時间，极大地减轻了水准测量的工作量，提高了作业效率，保证了成果的可靠性，利用GPS高程拟合，就可得到符合精度要求的三维坐标数据，而且观测比红外导线观测效率要高得多，成果质量高，返工少；不过对于要求高精度的高程测量，一般要通过水准测量来测定GPS高程，而且易受高压线附近产生的磁场、大面积水面等干扰，其应用具有一定的局限性。
4.应用举例
玉林市某规划设计项目测区面积约600km2，涉及建筑物、山体变化复杂，地形地物众多，同时还有高塔、高压线等危险测量对象，测量任务非常繁重。若完全采用全站仪来完成，远无法达到工期的要求。采用RTK进行测量作业，可以使所测的结果精度均匀、独立，无误差积累，而且具有实时、轻便灵活、操作简单和精度高等优点，必要时还可以结合全站仪（或水准仪）的方法来完成其它高精度标准的测量，是其它测量方法无法比拟的。为此，我们采用了RTK技术为主，全站仪（或水准仪）结合的方式进而加以实施，确保了任务的顺利完成。
进行测区测绘，首先选择跟测区匹配的度带，并进行必要的坐标换算，利用RTK技术在已知控制点（包含2个B级和3个C级控制点）基础上进行控制网的布设，同时进行无约束平差，转换到WGS-84坐标系，结果表明，其点位平均误差达到mx=±1.0mm， my=±1.2mm， mH=±2.8mm，平面点位误差<2mm，高程<3mm，最弱边相对误差小，控制网内部符合精度良好。为保证测量精度，作业半径不能大于5公里， 并采用RTK技术通过首级控制点直接测量每个图根点的三维坐标，保证相同或不同参考站均不少于3次独立测量，其点位校差跟图上的差值≤0.1mm，高程H校差则≤基本等高距的1/10。地物等密集区域易受干扰，致使接收机信号失锁，这时可通过在最近开阔地带选择3个以上通视点作为图根控制点并测量出其坐标，同时利用全站仪进行边长和角度的校核的方式来进行改善。本次测量共布设了3514个图根控制点，基线长度≥100m时，边长误差≤1/4216，方位角差值≤43″，高程差值≤0.19m，满足了本次测量1：1000测图的要求。
5.结束语
GPS技术是3S技术中较为成熟的技术手段，具有全天候、高精度、高效益、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间，GPS点间无需通视、作用距离远等优势， 其在工程测量中的广泛应用，给工程建设带来极大的经济效益和社会效益，随着GPS接收机价格的逐步降低，软件开发技术的不断成熟，GPS技术将会拥有更加广阔的应用前景。
参考文献
[1] 周忠谟，易杰军，周琪.GPS卫星测量原理与应用[M].北京：测绘出版社.2002.
[2] 阎志刚，张兆龙，赵晓虎.RTK作业模式原理及其实用技术[J].四川测绘，24[2].
[3] 刘贺春，郭秋.GPS-RTK在地形图测绘应用中的精确性和可靠性研究[J].城市勘测，2008（2）：49-51
[4] 国家测绘局.全球定位系统（GPS）测量规范[S].北京：测绘出版社，2001.
[关键词]GPS-RTK技术 测量 应用
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）09-0093-02
1.前言
隨着经济的增长、人民生活水平的提高和城市化进程的加速，城市的合理规划显得更为重要。测量技术作为城市建设的重要部分，其发展日渐成熟。GPS测量技术的兴起和发展是测量技术发展史上的一个里程碑，其具有全天候、高精度、良好的抗干扰性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间，GPS点间无需通视、作用距离远等优势，为工程测绘提供了便利的手段，给工程建设带来极大的经济效益和社会效益。我院根据自身发展的需要，引进了多台GPS接收机，并配置相应的后处理软件。本文通过GPS-RTK测量实践介绍其应用特点，并对某些技术问题予以探讨。
2.GPS原理
GPS技术分为动态RTK实时定位和静态测量定位技术。动态测量技术RTK（Real Time Kinematic）则是以载波相位观测为依据的实时差分GPS（RTD GPS）技术，主要是通过基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站三维坐标差△X、△Y、△H。坐标差加上基准站坐标得到每个点的WGS一84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标X、Y和高程H，其精度可达到厘米级别。利用常规方法（三角或导线测量）来完成控制网的布置，往往被房屋建筑物或树木等遮挡视线，通视条件差，经常需要支（转）点，测角测边误差大，精度不一，需要投入较大的人力物力，造成极大的经济浪费，同时测量成果（精度）需要内业分析处理后才能获取，缺少实时性；GPS静态定位技术虽然不需要点间通视， 可以实现高精度的快速的控制网测量和部分碎部测量， 大地高差误差△h/D可达到3～4ppm， GPS相对定位精度在50km以内可达10～6ppm。在300～1500m工程精密定位，1h以上观测的解其平面精度误差小于1mm；而且观测时间短，20km以内相对静态定位，仅需15～20min，高程精度可达到厘米级，通过引入高级水准点进行高程转换处理，在山区中误差可达到±15cm，但数据处理和定位仍然缺少实时性，精度超限时须返工处理，影响作业效率；RTK技术则可以克服前两种方法的缺陷，可以实时获取定位结果及定位精度，大大提高了作业效率。
3.RTK技术工作程序内容探究
GPS RTK技术的应用包括控制网建立和校核、地形（籍）数据采集处理、内业成图、放样测量等若干方面，利用RTK技术建立高程控制网时，必须进行GPS点高程异常值的解算，以获得精确的高程值。
3.1 控制网建立和校核
建立GPS控制网：1、GPS控制点网形（比如三角形或多边型异步环，网型封闭等）、密度、间距满足国家规范要求及工程需要，控制测区范围，而且要尽量避开树林等障碍物的影响，控制点保证至少两两通视，成对出现， GPS点埋石要易于保存，不易破坏；2、观测前一天要作好卫星可见性预报，选择最佳观测时段（比如平静期），编制适宜的观测计划； 3、严格对中整平天线，天线高多次量测取平均值；4、确保观测卫星截止高度角≥10o，有效观测卫星数≥5，采样间隔≥20″，空间位置精度因子PDOP≤6，每点观测时段数≥2，每时段观测时间≥60min，安置天线用指南针定向，使天线指北线指向北，定向误差≤5°，以减弱相位中心偏差影响。确保外业测量“固定解”的获取；基准站架设尽量避开雷达、强电磁波辐射源、大面积水面等已知点，避开测站周围100-500m范围的UHF＼VHF＼TV等发射台，观测过程注意GPS接收机工作状况，准确填写观测野外记录手簿并保证数据的完整性。6、完成GPS数据采集，需要进一步利用随机配置GPS静态定位软件和平差软件对测量数据进行基线向量（边长中误差、复测基线长度校差等指标）的解算与检核、平差处理等。
基线处理采用自动处理和手工处理结合的方式，自动处理优先，自动处理结果不满足要求，则引入手工处理模式，以保证基线成果的可靠性和准确性；不符合要求的，或返工重测或删除，以免对GPS网造成精度损失；基线向量检核则需计算各同步、异步、复测基线的闭合差及全长相对闭合差，以保证观测网的精度符合要求；进行GPS网平差计算，要进行三维无约束平差和二维约束平差：通过三维无约束平差，评价GPS网内部精度，剔除粗差，检查有无明显系统误差，获取各GPS点的统一坐标系下的坐标；而进行二维约束平差，则引入控制点坐标，形成各点坐标差及其误差方程，进行平差处理，以求得控制网各点坐标及精度指标。
进行GPS高程控制网布设时，考虑高程异常等因素的影响，高程测量根据需要采用GPS技术与水准测量（全站仪）相结合的方式（联测点大于3个）来完成控制点基准校核和布设。通过GPS技术精密测定观测点的大地高程差，利用大地水准面数字模型内插出计算点的高程异常或异常差，进而求出特定点的正常高。多次观测进行分析比较，剔除多余观测，进行基线解算，平差等，取通过GPS技术观测获得的观测值的平差值作为最后的基准点高程。
数据链的传输往往受到天线高低的影响，电台的作用距离按公式D=4.24{0.5H1+0.5H2}进行计算（H1、H2依次为基准站和流动站的天线高，单位m，D是数据链覆盖范围的半径，单位为km，运用公式进行分析判断RTK的作用距离和作业效率。
3.2 RTK技术在地形（籍）数据采集的应用
因GPS RTK技术定位时间短，精度高，而且测站间、观测点间无需通视，15km内流动站流动站观测时间每站每站观测仅需几秒钟，因而采用GPS技术（或与全站仪结合）的方式完成地（籍）测量。通过符合精度要求的图根控制点的加密进行碎部测量，就可实现单人来完成地形图数据的采集，存储绘制，误差无积累，提高了精度和效率。外业获取的测量数据通过广州南方CASS、GIS等软件连接通讯传送到系统，经过数据过滤转化为三维矢量数据，然后适当通过内插等方法生成高精度的三维地面模型DTM。利用纹理、光照渲染，叠加套合，虚拟现实技术等生成逼真的数字地形模型，实现动态演示和景观模拟。我们就可以利用软件强大的数据集成、存储功能进行测绘成果系统化管理，实现查询、分析等功能，为工程建设等提供重要的参考资料，为质量控制和工程计量提供必要的保障。 RTK测量的数据格式为*.RTK，还不能直接为CASS软件所识别，我们可以通过转换，使之成为CASS软件所能识别的*.dat格式。转换后就可以方便地编辑和处理，之后，适当删除误差大或错误的碎部测量点并导入数据到CASS软件，进行漏测、错测地形数据检查，当天测量成果当天检查，这样就有利于及时对其进行补测纠正，减少测量返工风险，确保内业的成果质量，从而实现实时成图，方便快捷，真正实现RTK测量内外业一体化。
3.3 GPS放样测量
GPS RTK放样精度可达5cm，可满足土石方工程和一般工程的施工要求。在采用点放样时，首先将放样点坐标和静态网中的坐标转换参数一起传送到GPS流动站，然后根据所放点位置进行实地放样。进行线路放样时首先在室内根据线路中心线的弯道元素编制线路中心线文件，将该文件和坐标转换参数传送到GPS流动站接收机，在实地依桩号和所放点与中心线的关系进行实地现场放样。
GPS技术应用于城市规划项目的外业测量，大大的缩短了测量外业作业的時间，极大地减轻了水准测量的工作量，提高了作业效率，保证了成果的可靠性，利用GPS高程拟合，就可得到符合精度要求的三维坐标数据，而且观测比红外导线观测效率要高得多，成果质量高，返工少；不过对于要求高精度的高程测量，一般要通过水准测量来测定GPS高程，而且易受高压线附近产生的磁场、大面积水面等干扰，其应用具有一定的局限性。
4.应用举例
玉林市某规划设计项目测区面积约600km2，涉及建筑物、山体变化复杂，地形地物众多，同时还有高塔、高压线等危险测量对象，测量任务非常繁重。若完全采用全站仪来完成，远无法达到工期的要求。采用RTK进行测量作业，可以使所测的结果精度均匀、独立，无误差积累，而且具有实时、轻便灵活、操作简单和精度高等优点，必要时还可以结合全站仪（或水准仪）的方法来完成其它高精度标准的测量，是其它测量方法无法比拟的。为此，我们采用了RTK技术为主，全站仪（或水准仪）结合的方式进而加以实施，确保了任务的顺利完成。
进行测区测绘，首先选择跟测区匹配的度带，并进行必要的坐标换算，利用RTK技术在已知控制点（包含2个B级和3个C级控制点）基础上进行控制网的布设，同时进行无约束平差，转换到WGS-84坐标系，结果表明，其点位平均误差达到mx=±1.0mm， my=±1.2mm， mH=±2.8mm，平面点位误差<2mm，高程<3mm，最弱边相对误差小，控制网内部符合精度良好。为保证测量精度，作业半径不能大于5公里， 并采用RTK技术通过首级控制点直接测量每个图根点的三维坐标，保证相同或不同参考站均不少于3次独立测量，其点位校差跟图上的差值≤0.1mm，高程H校差则≤基本等高距的1/10。地物等密集区域易受干扰，致使接收机信号失锁，这时可通过在最近开阔地带选择3个以上通视点作为图根控制点并测量出其坐标，同时利用全站仪进行边长和角度的校核的方式来进行改善。本次测量共布设了3514个图根控制点，基线长度≥100m时，边长误差≤1/4216，方位角差值≤43″，高程差值≤0.19m，满足了本次测量1：1000测图的要求。
5.结束语
GPS技术是3S技术中较为成熟的技术手段，具有全天候、高精度、高效益、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间，GPS点间无需通视、作用距离远等优势， 其在工程测量中的广泛应用，给工程建设带来极大的经济效益和社会效益，随着GPS接收机价格的逐步降低，软件开发技术的不断成熟，GPS技术将会拥有更加广阔的应用前景。
参考文献
[1] 周忠谟，易杰军，周琪.GPS卫星测量原理与应用[M].北京：测绘出版社.2002.
[2] 阎志刚，张兆龙，赵晓虎.RTK作业模式原理及其实用技术[J].四川测绘，24[2].
[3] 刘贺春，郭秋.GPS-RTK在地形图测绘应用中的精确性和可靠性研究[J].城市勘测，2008（2）：49-51
[4] 国家测绘局.全球定位系统（GPS）测量规范[S].北京：测绘出版社，2001.