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摘要: 实时动态(RTK)定位技术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术变革,其应用及开发的前景十分广阔,本文简述RTK技术原理及其在公路测量中的应用。
关键词:RTK三维坐标公路测量
RTK（Real Time Kinematic）技术又称载波相位动态实时差分技术，能够实时地提供测量点在指定坐标系中的三维坐标，并达到厘米级精度。具备灵活、快速、省时、省力等优点，显著地提高工作效率。RTK技术能够替代常规控制测量，如一、二级导线测量，图根控制测量，图根水准测量等。目前，该技术已广泛应用于地形测量、航空摄影测量、地籍测量、房产测量、勘界与拨地测量、工程测量等各个领域。
1、RTK测量原理
RTK测量系统一般由以下三部分组成：GPS 接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。
RTK 测量技术，其基本原理是： 在基准站上设置1 台GPS 接收机，对所有可见GPS 卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS 接收机在接收GPS 卫星信号的同時，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，实时地判定解算结果是否成功。
2、RTK在公路测量中的应用
2.1外业准备及踏勘。根据设计方案在1：10000地形图上确定路线基本走向，与铁路、公路、河流交叉位置以及起终点连接方案等，拟定首级控制网图形。在现场踏勘中重点搜集地物、河流、村落等影响线路走向的因素，初步确定首级控制网的布设位置。
2.2 首级控制测量。公路测量一般是在直角坐标系中进行，而RTK采集的是WGS84坐标，这就存在WGS84坐标与直角坐标系的坐标转换问题，由于RTK作业要求实时给出直角坐标系的坐标，这使得坐标转换工作非常重要。为了计算坐标转换参数，就需要联测不少于3个高等级的国家控制点，当然能联测更多的国家控制点可以提高坐标转换参数的精度，可以计算坐标转换残差，确定控制点的可靠性。联测好国家控制点后，GPS接收机手薄能自动解算坐标转换参数并进行坐标校正和高程拟合。接下来根据公路线路的长度，每隔3~5公里布设一个首级控制点，控制点的位置要离开公路中心线一定的距离，以免施工遭到破坏。对首级控制网进行静态定位测量，在GPS卫星数≥5颗，观测时间控制在20分钟以上时，可达到1~2cm的平面精度。
2.3 地形图测绘。公路定线大多是在大比例尺（通常是1：1000或1：500）带状地形图上进行，用传统的方法测图，首先要建立控制网，然后进行碎部测量，绘制大比例尺地形图。这种方法受到公路交通、行道树等诸多影响，工作量大、速度慢、花费时间长。采用RTK动态测量技术，在控制点上架设基准站，启动流动站后在沿线每个碎部点上只需停留2~5秒，即可获得点位坐标，结合输入的点特征编码及属性信息，构成碎部点的数据，或采用野外绘制草图的方法，室内用绘图软件成图。数据采集速度快，大大降低了测图难度，既省时又省力。
2.4 道路中线放样。RTK测量技术用于公路中线放样，放样工作一人即可完成。将公路定线参数如逐桩坐标、交点坐标等传输到RTK的外业控制器，即可放样。放样方法灵活，即能按桩号也可按坐标放样，并可以随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移动，直到误差小于设定的为止。对15km以内的公路将基准站架设于线路中部，即可满足全线的放样工作，无需搬站。每个点的测量都是独立完成得，不会产生累积误差，各点的放样精度趋于一致。对于公路放样，穿越水面、建筑等障碍物时，还可实现路中线上任意点放样，这是常规测量无法实现的。
2.5 公路纵、横断面测量。公路中线确定后，利用测区内的高程控制点，进行多点高程拟和，使RTK高程精度达到厘米级，便可用RTK采集断面数据，通过绘图软件即可绘出路线纵断面和各桩点的横断面，也可根据用户的需要提供纵横断面数据，对于新建公路可以一边放样一边测断面，实现路中桩放样和断面测量一体化作业。RTK动态测量应用于公路纵、横断面测量，可获得良好的效果，与传统方法相比，在精度、经济、实用各方面都有明显的优势。
2.6 施工控制网的测设。在首级控制网的基础上，施工控制网采用RTK技术，每隔500米左右测设一个施工控制点，其精度可达到一级导线的精度，在测设过程中用首级控制网进行检验，误差控制住2cm以内即可满足要求。
3、RTK实测中应注意的问题及对策
RTK技术在公路测量中有广阔的应用前景，但由于公路交通的特殊环境，存在诸多不利于RTK作业的因素，如交通流、无线电网络等。在大量实践中发现许多测量过程中的问题，经过认真分析，主要有以下几方面：
1、由于实时动态RTK测量与卫星分布以及数据链的性能有关，为了保证观测数据的可靠性，在开始观测前先联测其他已知点进行对比，已确定基准站和流动站各参数设置是否正确，以及数据链通讯是否正常。在观测一段时间或仪器失锁以及观测结束前都进行这一检测，这样可以有效判断仪器是否处于正常状态，从而确保观测成果的可靠性。
2、为提高观测成果的精度，在进行控制测量时流动站宜采用三角架或带支架的对中杆，这样流动站天线稳定性好，对中整平误差小。
3、RTK作业时，有时出现数据链不稳定的现象。可能是由于流动站附近存在与电台频率相同的外界无线电，干扰了无线电的传输，这时应通知基准站重新选择电台发射频率，流动站也同时选择接受频率。也可能是电台的电量不足，应及时充电。
4、在RTK测量过程中，有时会出现在某个区域或某一时段，解算时间较长甚至无法获取固定双差解的情况。这可能是周围存在反射性较强的建筑物、水面、临时停车等引起的多路经效应，可选择复位后重新观测记录；也可能没有足够的卫星可用或卫星分布不利，可选择适当提高卫星高度角。
4、结束语
RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后，测量领域又一次技术变革。它改变了传统的测量模式，在不通视的条件下远距离传输三维坐标。在作业中通过良好的质量控制方法和优化作业方法，使RTK技术的应用效果更加良好。随着RTK技术的日趋成熟，必将更好的服务于测绘各个领域。
关键词:RTK三维坐标公路测量
RTK（Real Time Kinematic）技术又称载波相位动态实时差分技术，能够实时地提供测量点在指定坐标系中的三维坐标，并达到厘米级精度。具备灵活、快速、省时、省力等优点，显著地提高工作效率。RTK技术能够替代常规控制测量，如一、二级导线测量，图根控制测量，图根水准测量等。目前，该技术已广泛应用于地形测量、航空摄影测量、地籍测量、房产测量、勘界与拨地测量、工程测量等各个领域。
1、RTK测量原理
RTK测量系统一般由以下三部分组成：GPS 接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。
RTK 测量技术，其基本原理是： 在基准站上设置1 台GPS 接收机，对所有可见GPS 卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS 接收机在接收GPS 卫星信号的同時，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，实时地判定解算结果是否成功。
2、RTK在公路测量中的应用
2.1外业准备及踏勘。根据设计方案在1：10000地形图上确定路线基本走向，与铁路、公路、河流交叉位置以及起终点连接方案等，拟定首级控制网图形。在现场踏勘中重点搜集地物、河流、村落等影响线路走向的因素，初步确定首级控制网的布设位置。
2.2 首级控制测量。公路测量一般是在直角坐标系中进行，而RTK采集的是WGS84坐标，这就存在WGS84坐标与直角坐标系的坐标转换问题，由于RTK作业要求实时给出直角坐标系的坐标，这使得坐标转换工作非常重要。为了计算坐标转换参数，就需要联测不少于3个高等级的国家控制点，当然能联测更多的国家控制点可以提高坐标转换参数的精度，可以计算坐标转换残差，确定控制点的可靠性。联测好国家控制点后，GPS接收机手薄能自动解算坐标转换参数并进行坐标校正和高程拟合。接下来根据公路线路的长度，每隔3~5公里布设一个首级控制点，控制点的位置要离开公路中心线一定的距离，以免施工遭到破坏。对首级控制网进行静态定位测量，在GPS卫星数≥5颗，观测时间控制在20分钟以上时，可达到1~2cm的平面精度。
2.3 地形图测绘。公路定线大多是在大比例尺（通常是1：1000或1：500）带状地形图上进行，用传统的方法测图，首先要建立控制网，然后进行碎部测量，绘制大比例尺地形图。这种方法受到公路交通、行道树等诸多影响，工作量大、速度慢、花费时间长。采用RTK动态测量技术，在控制点上架设基准站，启动流动站后在沿线每个碎部点上只需停留2~5秒，即可获得点位坐标，结合输入的点特征编码及属性信息，构成碎部点的数据，或采用野外绘制草图的方法，室内用绘图软件成图。数据采集速度快，大大降低了测图难度，既省时又省力。
2.4 道路中线放样。RTK测量技术用于公路中线放样，放样工作一人即可完成。将公路定线参数如逐桩坐标、交点坐标等传输到RTK的外业控制器，即可放样。放样方法灵活，即能按桩号也可按坐标放样，并可以随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位，便于前后左右移动，直到误差小于设定的为止。对15km以内的公路将基准站架设于线路中部，即可满足全线的放样工作，无需搬站。每个点的测量都是独立完成得，不会产生累积误差，各点的放样精度趋于一致。对于公路放样，穿越水面、建筑等障碍物时，还可实现路中线上任意点放样，这是常规测量无法实现的。
2.5 公路纵、横断面测量。公路中线确定后，利用测区内的高程控制点，进行多点高程拟和，使RTK高程精度达到厘米级，便可用RTK采集断面数据，通过绘图软件即可绘出路线纵断面和各桩点的横断面，也可根据用户的需要提供纵横断面数据，对于新建公路可以一边放样一边测断面，实现路中桩放样和断面测量一体化作业。RTK动态测量应用于公路纵、横断面测量，可获得良好的效果，与传统方法相比，在精度、经济、实用各方面都有明显的优势。
2.6 施工控制网的测设。在首级控制网的基础上，施工控制网采用RTK技术，每隔500米左右测设一个施工控制点，其精度可达到一级导线的精度，在测设过程中用首级控制网进行检验，误差控制住2cm以内即可满足要求。
3、RTK实测中应注意的问题及对策
RTK技术在公路测量中有广阔的应用前景，但由于公路交通的特殊环境，存在诸多不利于RTK作业的因素，如交通流、无线电网络等。在大量实践中发现许多测量过程中的问题，经过认真分析，主要有以下几方面：
1、由于实时动态RTK测量与卫星分布以及数据链的性能有关，为了保证观测数据的可靠性，在开始观测前先联测其他已知点进行对比，已确定基准站和流动站各参数设置是否正确，以及数据链通讯是否正常。在观测一段时间或仪器失锁以及观测结束前都进行这一检测，这样可以有效判断仪器是否处于正常状态，从而确保观测成果的可靠性。
2、为提高观测成果的精度，在进行控制测量时流动站宜采用三角架或带支架的对中杆，这样流动站天线稳定性好，对中整平误差小。
3、RTK作业时，有时出现数据链不稳定的现象。可能是由于流动站附近存在与电台频率相同的外界无线电，干扰了无线电的传输，这时应通知基准站重新选择电台发射频率，流动站也同时选择接受频率。也可能是电台的电量不足，应及时充电。
4、在RTK测量过程中，有时会出现在某个区域或某一时段，解算时间较长甚至无法获取固定双差解的情况。这可能是周围存在反射性较强的建筑物、水面、临时停车等引起的多路经效应，可选择复位后重新观测记录；也可能没有足够的卫星可用或卫星分布不利，可选择适当提高卫星高度角。
4、结束语
RTK实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之后，测量领域又一次技术变革。它改变了传统的测量模式，在不通视的条件下远距离传输三维坐标。在作业中通过良好的质量控制方法和优化作业方法，使RTK技术的应用效果更加良好。随着RTK技术的日趋成熟，必将更好的服务于测绘各个领域。