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摘要：随着GPS RTK测量技术的日益成熟，RTK广泛应用于地形测量。文章阐述了RTK的作业原理，规范RTK的作业方法，提出在今后的地形测量中运用RTK测量技术应注意的几个要点。
关键词: GPS-RTK；地形测量；应用总结
1 引言
目前，RTK（Real Time Kinematic）实时动态测量技术已广泛应用于地形测量，它因为操作简单，实时定位精度高而广泛应用于很多测量单位。而传统的测量主要以布设导线和极坐标的形式，使用经纬仪或全站仪对测区进行控制测量和地形测量，传统的测量方法，耗时费工，并受自然地形条件的限制。随着RTK测量技术的成熟和广泛应用，大大改善了传统测量模式，GPS RTK测量技术的发展是一场革命性的突破，它具有操作简单，定位速度快，定位精度高，误差不累计不传播，节省人力物力，效率高，不受通视条件限制等优点。在地形测量中，RTK技术可以取得良好的生产效益。
2 RTK技术概述
2.1 RTK测量技术的工作原理
RTK技术是全球卫星导航定位技术与数据通信技术结合的载波相位实时动态差分定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。
GPS-RTK測量技术，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术的一个新突破。RTK技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，其基本思想是：在基准站上设置1台GPS接收机，对所有可见的GPS卫星进行连续地观察，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时的发送给用户观测站。用户接收机实时的解算整周模糊度，并得出用户接受机的三维坐标及其精度。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，在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的坐标差△X、△Y、△Z;坐标差加上基准站坐标得到流动站每个点的WGS-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和高程。
RTK定位测量系统一般由以下三部分构成：（1）卫星信号接受系统，在测量中应至少包含1个基准站接收机，若干个流动站接收机；（2）数据传输系统；（3）软件系统，数据传输系统由基准站的发送与流动站的接受组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件解算系统具有能够实时解算出流动站空间三维坐标的功能。
2.2 RTK测量技术的优点
RTK测量技术的应用，传统测量方法是无法模拟的，它具有明显的优势。
（1）通视条件：在地形测量过程中，经常会遇到一些恶劣的工作环境：山地、灌木丛或是林木茂密甚至是悬崖峭壁等，在这种通视条件差，环境恶劣的地方采用常规测量方法的话，显然就费时费工，同时还难以达到精度要求的。由于RTK测量不受天气、通视条件限制，只要能收到卫星信号和基准站信号即可工作，所以它对于该测区提供了很多以前不能实现的工作模式和工作方法，对该测区的控制测量提供极大的灵活性和多变性，极大了提高了工作效率。
（2）定位精度高：平面精度，10+2×10－6×d；高程精度，20+2×10－6×d。
（3）操作简单方便：随着GPS RTK技术的日益成熟，仪器自动化智能化程度不断升高，对作业人员的要求越来越低，只需要打开接收机和手薄，通过蓝牙把接收机和手薄连接，设置好参数即可作业。
（4）观测时间短：比起常规测量，RTK测量大大节省了工作时间，它不需要设站定向，不需要考虑通视，采集测量点的三维坐标时间短，只需要几秒钟即可获得碎步点的数据。
3 RTK控制测量
3.1一般规定
RTK控制测量前，应根据任务需要，收集测区高等级控制点的地心坐标、参心坐标、坐标系统转换参数和高程成果等，进行技术设计。RTK平面控制点按精度划分等级为：一级控制点、二级控制点、三级控制点。RTK高程控制点按精度划分等级为五等高程点。平面控制点可以逐级布设、越级布设或一次性全面布设，每个控制点宜保证有一个以上的等级点与之通视。RTK测量可采用单基准站RTK测量和网络RTK测量两种方法进行。在通信条件困难时，也可以采用后处理动态测量模式进行测量。已建立CORS网的地区，宜优先采用网络RTK技术测量。RTK测量卫星的状态应符合表1规定。
表1 RTK测量卫星状态的基本要求
3.2 平面控制测量GPS平面控制测量是整个地形测量的起算数据，也是求取平面坐标转换参数的关键。因此，在建立GPS平面控制网时必须充分考虑投影变形合平面起算点兼容性的问题。在实际工作中，可以通过选取合适的中央子午线合高程投影面来减少投影变形的影响，也可以采用抵偿高程面使投影变形最小并与国家坐标一致。对于起算点兼容性问题，在一个GPS控制网中如果同时联测了不同等级的控制点，如果控制点之间存在误差，建议用同等级的点进行无约束平差。牺牲外符合精度提高内部控制网的精度。另外，控制网网形的布设对于控制网的平差成果也会产生重要的影响。建议采用较多的异步环，平差中尽量选择图形条件较好的三角形或多边形构网进行平差。3.2 GPS高程控制测量在取得可靠的平面成果后，联测足够数量的水准点是RTK取得合格高程成果的保证，一般要求联测三个以上的水准点，并要求点位分布均匀，这是取得测量区域的似大地水准面的保证。4 地形测量
RTK测量技术不受天气、地形、通视等条件的限制，可以方便的进行数据采集工作。RTK的外业观测与常规测量中的外业观测有很大的不同，除了安置接收机天线，设置接收机中的参数（截止高度角、采样间隔），以及开机，关机等工作需要工作人员完成外，整个观测工作是由接收机自动完成。
传统的地形测量采用三角网、导线网方法进行施测，首先要做图根点，需两两通视，然后再某一点上架好仪器，配备3名人员进行测量；采用RTK时，将基准站尽量设在测区地势较高、视野开阔的已知点上。完成基准站的设置后，只需要一个观察基准点工作是否正常，其它人持流动站接收机进行操作，可同时设置几个流动站，利用一个基准站便可以各自独立开展工作，这样进行地形测量提高了效率，也节约了工作成本。
RTK地形测量主要技术要求应符合表2规定
表2 RTK地形测量主要技术要求
5成果数据处理与检查
5.1RTK地形测量外业采集的数据应及时从数据记录器中导出，并进行数据备份，同时对数据记录器内存进行整理。
5.2RTK地形测量外业观测记录采用仪器自带内存卡和测量手簿，记录项目及成果输出包括下列内容：
（1） 转换参考点的点名（号）、残差、转换参数；
（2） 基准站、流动站的天线高、观测时间；
（3） 流动站的平面、高程收敛精度； 流动站的2000国家大地坐标、平面和高程成果数据；
5.3导出的成果数据在计算机中用相应的成图软件编辑成图。
5.4用RTK技术施测的图根点平面成果应进行100％的内业检查和不少于总点数10％的外业检测，外业检测采用相应等级的全站仪测量边长和角度等方法进行，其检测点应均匀分布测区。检测结果应满足表3的要求。
表3 RTK图根点平面检测精度要求
5.5用RTK技术施测的图根点高程成果应进行100％的内业检查和不少于总点数10％的外业检测，外业检测采用相应等级的三角高程、几何水准测量等方法进行，其检测点应均匀分布测区。检测结果应满足表4的要求。
表4 RTK图根点高差检测精度要求
6 资料提交和成果验收
6.1 RTK测量任务完成后，应提交下列资料：
（1） 技术设计、技术总结和检查报告；
（2） 接收机检定资料；
（3） 按要求应提交的控制点点之记。
6.2RTK成果验收内容工作包括：
（1） 技术设计和技术总结是否符合要求；
（2） 转换参考点的分布及残差是否符合要求；
（3） 观测的参数设置、观测条件及检测结果和输出的成果是否符合要求；
（4） 实地检验控制点的精度及选点、埋石质量。
（5） 实地检验地形测量各质量元素的质量。
7 结语
综上所述，GPS-RTK测量点位精度高，避免了常规测量中人为误差的引入，且每个点的误差为随机误差，不存在积累。操作简单，工作效率高，可在作业现场提供点位坐标和精度。操作者可随时监控所测量数据质量，大大减轻了测量人员内外业劳动强度。RTK技术给现代地形测量带来了重大的技术变革，随着其技术的不断进步和完善，必将给测量带来更大的便利，其在地形测量中的应用领域将更为广泛。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词: GPS-RTK；地形测量；应用总结
1 引言
目前，RTK（Real Time Kinematic）实时动态测量技术已广泛应用于地形测量，它因为操作简单，实时定位精度高而广泛应用于很多测量单位。而传统的测量主要以布设导线和极坐标的形式，使用经纬仪或全站仪对测区进行控制测量和地形测量，传统的测量方法，耗时费工，并受自然地形条件的限制。随着RTK测量技术的成熟和广泛应用，大大改善了传统测量模式，GPS RTK测量技术的发展是一场革命性的突破，它具有操作简单，定位速度快，定位精度高，误差不累计不传播，节省人力物力，效率高，不受通视条件限制等优点。在地形测量中，RTK技术可以取得良好的生产效益。
2 RTK技术概述
2.1 RTK测量技术的工作原理
RTK技术是全球卫星导航定位技术与数据通信技术结合的载波相位实时动态差分定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。
GPS-RTK測量技术，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术的一个新突破。RTK技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，其基本思想是：在基准站上设置1台GPS接收机，对所有可见的GPS卫星进行连续地观察，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时的发送给用户观测站。用户接收机实时的解算整周模糊度，并得出用户接受机的三维坐标及其精度。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，在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的坐标差△X、△Y、△Z;坐标差加上基准站坐标得到流动站每个点的WGS-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和高程。
RTK定位测量系统一般由以下三部分构成：（1）卫星信号接受系统，在测量中应至少包含1个基准站接收机，若干个流动站接收机；（2）数据传输系统；（3）软件系统，数据传输系统由基准站的发送与流动站的接受组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件解算系统具有能够实时解算出流动站空间三维坐标的功能。
2.2 RTK测量技术的优点
RTK测量技术的应用，传统测量方法是无法模拟的，它具有明显的优势。
（1）通视条件：在地形测量过程中，经常会遇到一些恶劣的工作环境：山地、灌木丛或是林木茂密甚至是悬崖峭壁等，在这种通视条件差，环境恶劣的地方采用常规测量方法的话，显然就费时费工，同时还难以达到精度要求的。由于RTK测量不受天气、通视条件限制，只要能收到卫星信号和基准站信号即可工作，所以它对于该测区提供了很多以前不能实现的工作模式和工作方法，对该测区的控制测量提供极大的灵活性和多变性，极大了提高了工作效率。
（2）定位精度高：平面精度，10+2×10－6×d；高程精度，20+2×10－6×d。
（3）操作简单方便：随着GPS RTK技术的日益成熟，仪器自动化智能化程度不断升高，对作业人员的要求越来越低，只需要打开接收机和手薄，通过蓝牙把接收机和手薄连接，设置好参数即可作业。
（4）观测时间短：比起常规测量，RTK测量大大节省了工作时间，它不需要设站定向，不需要考虑通视，采集测量点的三维坐标时间短，只需要几秒钟即可获得碎步点的数据。
3 RTK控制测量
3.1一般规定
RTK控制测量前，应根据任务需要，收集测区高等级控制点的地心坐标、参心坐标、坐标系统转换参数和高程成果等，进行技术设计。RTK平面控制点按精度划分等级为：一级控制点、二级控制点、三级控制点。RTK高程控制点按精度划分等级为五等高程点。平面控制点可以逐级布设、越级布设或一次性全面布设，每个控制点宜保证有一个以上的等级点与之通视。RTK测量可采用单基准站RTK测量和网络RTK测量两种方法进行。在通信条件困难时，也可以采用后处理动态测量模式进行测量。已建立CORS网的地区，宜优先采用网络RTK技术测量。RTK测量卫星的状态应符合表1规定。
表1 RTK测量卫星状态的基本要求
3.2 平面控制测量GPS平面控制测量是整个地形测量的起算数据，也是求取平面坐标转换参数的关键。因此，在建立GPS平面控制网时必须充分考虑投影变形合平面起算点兼容性的问题。在实际工作中，可以通过选取合适的中央子午线合高程投影面来减少投影变形的影响，也可以采用抵偿高程面使投影变形最小并与国家坐标一致。对于起算点兼容性问题，在一个GPS控制网中如果同时联测了不同等级的控制点，如果控制点之间存在误差，建议用同等级的点进行无约束平差。牺牲外符合精度提高内部控制网的精度。另外，控制网网形的布设对于控制网的平差成果也会产生重要的影响。建议采用较多的异步环，平差中尽量选择图形条件较好的三角形或多边形构网进行平差。3.2 GPS高程控制测量在取得可靠的平面成果后，联测足够数量的水准点是RTK取得合格高程成果的保证，一般要求联测三个以上的水准点，并要求点位分布均匀，这是取得测量区域的似大地水准面的保证。4 地形测量
RTK测量技术不受天气、地形、通视等条件的限制，可以方便的进行数据采集工作。RTK的外业观测与常规测量中的外业观测有很大的不同，除了安置接收机天线，设置接收机中的参数（截止高度角、采样间隔），以及开机，关机等工作需要工作人员完成外，整个观测工作是由接收机自动完成。
传统的地形测量采用三角网、导线网方法进行施测，首先要做图根点，需两两通视，然后再某一点上架好仪器，配备3名人员进行测量；采用RTK时，将基准站尽量设在测区地势较高、视野开阔的已知点上。完成基准站的设置后，只需要一个观察基准点工作是否正常，其它人持流动站接收机进行操作，可同时设置几个流动站，利用一个基准站便可以各自独立开展工作，这样进行地形测量提高了效率，也节约了工作成本。
RTK地形测量主要技术要求应符合表2规定
表2 RTK地形测量主要技术要求
5成果数据处理与检查
5.1RTK地形测量外业采集的数据应及时从数据记录器中导出，并进行数据备份，同时对数据记录器内存进行整理。
5.2RTK地形测量外业观测记录采用仪器自带内存卡和测量手簿，记录项目及成果输出包括下列内容：
（1） 转换参考点的点名（号）、残差、转换参数；
（2） 基准站、流动站的天线高、观测时间；
（3） 流动站的平面、高程收敛精度； 流动站的2000国家大地坐标、平面和高程成果数据；
5.3导出的成果数据在计算机中用相应的成图软件编辑成图。
5.4用RTK技术施测的图根点平面成果应进行100％的内业检查和不少于总点数10％的外业检测，外业检测采用相应等级的全站仪测量边长和角度等方法进行，其检测点应均匀分布测区。检测结果应满足表3的要求。
表3 RTK图根点平面检测精度要求
5.5用RTK技术施测的图根点高程成果应进行100％的内业检查和不少于总点数10％的外业检测，外业检测采用相应等级的三角高程、几何水准测量等方法进行，其检测点应均匀分布测区。检测结果应满足表4的要求。
表4 RTK图根点高差检测精度要求
6 资料提交和成果验收
6.1 RTK测量任务完成后，应提交下列资料：
（1） 技术设计、技术总结和检查报告；
（2） 接收机检定资料；
（3） 按要求应提交的控制点点之记。
6.2RTK成果验收内容工作包括：
（1） 技术设计和技术总结是否符合要求；
（2） 转换参考点的分布及残差是否符合要求；
（3） 观测的参数设置、观测条件及检测结果和输出的成果是否符合要求；
（4） 实地检验控制点的精度及选点、埋石质量。
（5） 实地检验地形测量各质量元素的质量。
7 结语
综上所述，GPS-RTK测量点位精度高，避免了常规测量中人为误差的引入，且每个点的误差为随机误差，不存在积累。操作简单，工作效率高，可在作业现场提供点位坐标和精度。操作者可随时监控所测量数据质量，大大减轻了测量人员内外业劳动强度。RTK技术给现代地形测量带来了重大的技术变革，随着其技术的不断进步和完善，必将给测量带来更大的便利，其在地形测量中的应用领域将更为广泛。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。