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摘要：基于多年从事工程测量的相关工作经验,探讨了GPS RTK技术在城市工程测量中的具体实施流程。RTK技术是城市测量中的核心技术，是长期工作实践基础上的理论升华,能在不通视的条件下远距离传输三维坐标，本文主要是探讨了RTK 技术在城市测量中的应用方案，并结合实例对RTK在实测中的一些常见问题进行分析，对业内同行有着一定的参考价值和借鉴意义。
关键词：城市工程测量；GPS RTK；数学精度
引言
GPS-RTK（Real Time Kinematic）技术是GPS 测量技术与数据传输相结合而构成的实时定位技术，主要由两部分组成，即基准站部分和流动站部分。基准站连续把观测到的卫星数据发射给流动站，流动站则实时差分处理基准站和流动站的载波相位观测值，获取所在点的坐标、高程和精度指标。利用RTK 技术，能够满足快速求得厘米级整周模糊度固定解的要求，在接收到较多GPS 卫星信号、多路径效应影响较小的情况下，RTK 在5 秒内确定整周模糊度固定解的置信度达到99%，作到动态测量时平面精度达10mm+1ppm。相对传统GPS 静态、快速静态定位（需要较长时间观测和事后进行数据处理），其测量定位效率大大提高，并能够满足一般城市测量的要求。利用GPS 实时定位技术可进行控制点加密、工程放样、图根点采集、中线高程的采集等测量任务。
一、GPS RTK 技术与传统测量方法的比较
传统的地形测量主要是用经纬仪、测距仪、全站仪等测量工具, 利用测角、测距、交会、极坐标等测量方法对地形要素进行数据采集或测定, 其共同特点是要求测站点和待测点间必须通视, 并且在视距长度上有一定的限制, 使得在进行大面积的地形工作时, 费时费力, 效益低下。控制测量一般采用三角网、导线网等方法来施测, 也要求待测点间相互通视, 对待测边和测角都有限制, 并且存在点位精度分布不均匀、误差有积累等缺点。传统测量方法由于受到各种因素的制约, 越来越难以满足地形测量对现势性强、精度高的地形数据需求。GPS RTK 定位技术的出现则弥补了传统测量工具的不足。它操作简便, 定位精度高, 能实时知道定位精度, 其测量各点间的精度基本上是独立的, 减少了测量误差传播和积累。如果点位精度要求满足了, 用户就可以停止观测了, 而且知道观测质量如何, 这样可以大大提高作业效率。利用GPS RTK进行地形测量, 不受天气、地形、通视等条件的限制,布设控制网点也更加快捷, 控制范围大, 灵活方便,观测时间短, 比传统方法大大节省了人力资源和作业时间, 工作效率比传统方法提高3- 4 倍。利用RTK 测量几秒钟即可获得一个点的三维坐标。随着GPS 技术的不断发展, 自动化程度越来越高, 体积越来越小, 重量越来越轻, 为快速获取地形图数据, 实现信息化、数字化奠定了坚实的基础。
二、城市实测作业流程
1．内业准备
在实施RTK 外业测量前，应事先收集测区的小比例尺地形图，必要时进行野外踏勘，根据城市测量的特点完成内业的准备工作。主要包括以下几方面的内容：① 根据工程项目，设定工程名称。② 若已知坐标转换参数，则输入手簿（一般此参数未知）。③ 若无坐标转换参数，应整理测区的已知控制点资料，控制点应尽可能均匀分布在测区周围，使得所测点均在已知点的包围之内，尽可能避免从一端向另一端无限制的外推。控制点所处的位置和周围的条件应符合GPS 作业的要求。④ 实施工程放样时，内业输入每个放样点的设计坐标，以便野外实时、准确放样。
2．求定测区转换参数（一般采用此种方法）
城市测量是在地方独立坐标系上进行的，这就存在WGS—84 坐标和地方独立坐标系的坐标转换问题。由于RTK 作业要求实时给出当地坐标，这使得坐标转换工作非常重要。根据总体规划和工程需要，求定测区转参数可按如下步骤进行：首先在測区以GPS 静态方式布设均匀分布的高等级GPS控制点，获得各点的WGS—84 坐标和地方坐标系下的坐标，利用同一点的两种坐标求出转换参数。注意，为提高转换参数的可靠性，最好选用4 个以上的点进行观测和求解，这样可通过多种点的匹配方案，检验转换参数的正确性及精度。
3．RTK 施测步骤
野外作业时，基准站安置在选定的控制点上，打开接收机输入点号、天线高、WGS—84 的已知坐标；设置完毕检查接收的GPS 卫星数≥5 颗。检查电台发射指示灯是否正常，基准站设置完成。流动站选择与基准站电台相匹配的电台频率，检查电台接收指示灯是否正常，检查接收卫星颗数≥4颗，流动站可开始测量任务。先联测1—2 个已知控制点，评定测量精度，满足设计要求后开始测量任务。实时动态RTK数据处理相对简单，外业测量采集的实测坐标通过手簿的数据传输系统，直接下载到计算机内。经整理、分类、判断形成文件后直接打印出来。
三、RTK 实测中注意的问题及对策
RTK 技术在城市测量中有广阔的应用前景，但是由于城市特殊的环境，存在诸多的不利于RTK 作业的因素，诸如强大的无线电网络、高大的建筑物、繁忙的交通等。在大量的实践应用中，我们发现了测量过程中的许多问题，经过认真的分析，主要有以下几方面原因：① 由于实时动态RTK 的测量与卫星分布以及数据链的性能有关，而且各观测值都是独立观测的，所以应在开始观测前联测其它已知点进行对比，以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，这样可以有效地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，流动站宜采用带支架的对中杆，这样流动站天线稳定性好、对中整平误差小，同时在采集数据时应等数据跳动变化在设计要求时采集。③RTK 作业时，有时会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，干扰了数据的传输。这时应通知基准站测量人员重新选择电台发射频率，流动站也重新选择接收频率；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一个时间段里，解算时间较长甚至无法获取固定双差解的情况。这可能是由于周围存在如反射性强的建筑物、水面、临时停车等反射物引起多路径现象，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，可选择适当提高截止高度角（例10 度或15 度）或删星。⑤ 在房屋密集区域，或在林木茂盛的地方，由于天空通视条件的限制，RTK 无法确定其坐标位置，应采用常规测量方法。
四、城市测量应用实例
1．测区概况
某工业园是规划建设的新区之一，是今后几年城市基础建设的重点地区。该测区地势相对平缓，高大建筑物较少，对视空影响不大。除个别地方外对RTK 作业无大的影响。
2．确定转换参数
为保证转换参数的精度，共加进5 个高等级GPS控制点，通过多种点的匹配方案，选择残差较少、精度较高的一组参数为最终启用参数。
表1 基准站安置在yamc88 的残差结果（单位：m）
3．工程应用及定位精度比较分析
① 工程控制测量和放样测量均采用RTK 作业。对同一观测点在不同时间段进行重复RTK 测量，坐标较差比较见表2；相邻观测点间全站仪实测距离和RTK 实测距离进行抽样检查，结果见表3。由于采用了残差较小的参数控制文件，正式工作之前检测已知点，观测时利用带对中杆的三角支架作业，提高了观测精度。
表2 重复测量同一控制点的坐标较差（单位：m）
表3 相邻观测点间全站仪实测和RTK实测距离较差（单位：m）
② 测区位于某市东南方向，距市中心14 公里。测区地势平坦，多路径效应小，大车路纵横交错，交通极为便利，适合RTK 作业。重复测量同观测点的坐标较差统计表，见表4；相邻观测点间全站仪实测和RTK 实测距离抽样检查，见表5。
表4 重复测量同一控制点的坐标较差（单位：m）
表5 相邻观测点间全站仪实测和RTK实测距离较差（单位：m）
根据工作应用来看，RTK 作业既可以实时提供点位坐标和高程，又可实时知道测量点位精度，能够极大的提高工作效率。只要在作业过程中加强检核、采用对中误差较小的支架、远离无线电发射电台、避免多路经效应，RTK 测量完全能够满足城市建设的需要。
五、结束语
综上所述，RTK 实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之
后, 测量领域的又一次技术革命。它改变了传统的测量
模式, 能够实时提供厘米级定位精度, 在不通视的条件下
远距离传输3维坐标。应用于城市测量中, RTK 能够快
速准确地布设导线网, 弥补由于城市日星月异的发展造
成的低等级导线点的毁坏, 减轻由于城市高速发展而给
测绘人员造成的时间压力。当然,RTK 技术快速、灵活的作业方式有赖于足够的卫星数、稳健的数据链、较小的多路径效应等外界条件, 在城市环境下更显得突出, 有时会出现无法正常作业的情况, 这就需要不断完善RTK技术, 探讨先进的作业方式。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：城市工程测量；GPS RTK；数学精度
引言
GPS-RTK（Real Time Kinematic）技术是GPS 测量技术与数据传输相结合而构成的实时定位技术，主要由两部分组成，即基准站部分和流动站部分。基准站连续把观测到的卫星数据发射给流动站，流动站则实时差分处理基准站和流动站的载波相位观测值，获取所在点的坐标、高程和精度指标。利用RTK 技术，能够满足快速求得厘米级整周模糊度固定解的要求，在接收到较多GPS 卫星信号、多路径效应影响较小的情况下，RTK 在5 秒内确定整周模糊度固定解的置信度达到99%，作到动态测量时平面精度达10mm+1ppm。相对传统GPS 静态、快速静态定位（需要较长时间观测和事后进行数据处理），其测量定位效率大大提高，并能够满足一般城市测量的要求。利用GPS 实时定位技术可进行控制点加密、工程放样、图根点采集、中线高程的采集等测量任务。
一、GPS RTK 技术与传统测量方法的比较
传统的地形测量主要是用经纬仪、测距仪、全站仪等测量工具, 利用测角、测距、交会、极坐标等测量方法对地形要素进行数据采集或测定, 其共同特点是要求测站点和待测点间必须通视, 并且在视距长度上有一定的限制, 使得在进行大面积的地形工作时, 费时费力, 效益低下。控制测量一般采用三角网、导线网等方法来施测, 也要求待测点间相互通视, 对待测边和测角都有限制, 并且存在点位精度分布不均匀、误差有积累等缺点。传统测量方法由于受到各种因素的制约, 越来越难以满足地形测量对现势性强、精度高的地形数据需求。GPS RTK 定位技术的出现则弥补了传统测量工具的不足。它操作简便, 定位精度高, 能实时知道定位精度, 其测量各点间的精度基本上是独立的, 减少了测量误差传播和积累。如果点位精度要求满足了, 用户就可以停止观测了, 而且知道观测质量如何, 这样可以大大提高作业效率。利用GPS RTK进行地形测量, 不受天气、地形、通视等条件的限制,布设控制网点也更加快捷, 控制范围大, 灵活方便,观测时间短, 比传统方法大大节省了人力资源和作业时间, 工作效率比传统方法提高3- 4 倍。利用RTK 测量几秒钟即可获得一个点的三维坐标。随着GPS 技术的不断发展, 自动化程度越来越高, 体积越来越小, 重量越来越轻, 为快速获取地形图数据, 实现信息化、数字化奠定了坚实的基础。
二、城市实测作业流程
1．内业准备
在实施RTK 外业测量前，应事先收集测区的小比例尺地形图，必要时进行野外踏勘，根据城市测量的特点完成内业的准备工作。主要包括以下几方面的内容：① 根据工程项目，设定工程名称。② 若已知坐标转换参数，则输入手簿（一般此参数未知）。③ 若无坐标转换参数，应整理测区的已知控制点资料，控制点应尽可能均匀分布在测区周围，使得所测点均在已知点的包围之内，尽可能避免从一端向另一端无限制的外推。控制点所处的位置和周围的条件应符合GPS 作业的要求。④ 实施工程放样时，内业输入每个放样点的设计坐标，以便野外实时、准确放样。
2．求定测区转换参数（一般采用此种方法）
城市测量是在地方独立坐标系上进行的，这就存在WGS—84 坐标和地方独立坐标系的坐标转换问题。由于RTK 作业要求实时给出当地坐标，这使得坐标转换工作非常重要。根据总体规划和工程需要，求定测区转参数可按如下步骤进行：首先在測区以GPS 静态方式布设均匀分布的高等级GPS控制点，获得各点的WGS—84 坐标和地方坐标系下的坐标，利用同一点的两种坐标求出转换参数。注意，为提高转换参数的可靠性，最好选用4 个以上的点进行观测和求解，这样可通过多种点的匹配方案，检验转换参数的正确性及精度。
3．RTK 施测步骤
野外作业时，基准站安置在选定的控制点上，打开接收机输入点号、天线高、WGS—84 的已知坐标；设置完毕检查接收的GPS 卫星数≥5 颗。检查电台发射指示灯是否正常，基准站设置完成。流动站选择与基准站电台相匹配的电台频率，检查电台接收指示灯是否正常，检查接收卫星颗数≥4颗，流动站可开始测量任务。先联测1—2 个已知控制点，评定测量精度，满足设计要求后开始测量任务。实时动态RTK数据处理相对简单，外业测量采集的实测坐标通过手簿的数据传输系统，直接下载到计算机内。经整理、分类、判断形成文件后直接打印出来。
三、RTK 实测中注意的问题及对策
RTK 技术在城市测量中有广阔的应用前景，但是由于城市特殊的环境，存在诸多的不利于RTK 作业的因素，诸如强大的无线电网络、高大的建筑物、繁忙的交通等。在大量的实践应用中，我们发现了测量过程中的许多问题，经过认真的分析，主要有以下几方面原因：① 由于实时动态RTK 的测量与卫星分布以及数据链的性能有关，而且各观测值都是独立观测的，所以应在开始观测前联测其它已知点进行对比，以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，这样可以有效地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，流动站宜采用带支架的对中杆，这样流动站天线稳定性好、对中整平误差小，同时在采集数据时应等数据跳动变化在设计要求时采集。③RTK 作业时，有时会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，干扰了数据的传输。这时应通知基准站测量人员重新选择电台发射频率，流动站也重新选择接收频率；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一个时间段里，解算时间较长甚至无法获取固定双差解的情况。这可能是由于周围存在如反射性强的建筑物、水面、临时停车等反射物引起多路径现象，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，可选择适当提高截止高度角（例10 度或15 度）或删星。⑤ 在房屋密集区域，或在林木茂盛的地方，由于天空通视条件的限制，RTK 无法确定其坐标位置，应采用常规测量方法。
四、城市测量应用实例
1．测区概况
某工业园是规划建设的新区之一，是今后几年城市基础建设的重点地区。该测区地势相对平缓，高大建筑物较少，对视空影响不大。除个别地方外对RTK 作业无大的影响。
2．确定转换参数
为保证转换参数的精度，共加进5 个高等级GPS控制点，通过多种点的匹配方案，选择残差较少、精度较高的一组参数为最终启用参数。
表1 基准站安置在yamc88 的残差结果（单位：m）
3．工程应用及定位精度比较分析
① 工程控制测量和放样测量均采用RTK 作业。对同一观测点在不同时间段进行重复RTK 测量，坐标较差比较见表2；相邻观测点间全站仪实测距离和RTK 实测距离进行抽样检查，结果见表3。由于采用了残差较小的参数控制文件，正式工作之前检测已知点，观测时利用带对中杆的三角支架作业，提高了观测精度。
表2 重复测量同一控制点的坐标较差（单位：m）
表3 相邻观测点间全站仪实测和RTK实测距离较差（单位：m）
② 测区位于某市东南方向，距市中心14 公里。测区地势平坦，多路径效应小，大车路纵横交错，交通极为便利，适合RTK 作业。重复测量同观测点的坐标较差统计表，见表4；相邻观测点间全站仪实测和RTK 实测距离抽样检查，见表5。
表4 重复测量同一控制点的坐标较差（单位：m）
表5 相邻观测点间全站仪实测和RTK实测距离较差（单位：m）
根据工作应用来看，RTK 作业既可以实时提供点位坐标和高程，又可实时知道测量点位精度，能够极大的提高工作效率。只要在作业过程中加强检核、采用对中误差较小的支架、远离无线电发射电台、避免多路经效应，RTK 测量完全能够满足城市建设的需要。
五、结束语
综上所述，RTK 实时动态测量技术是继GPS全球定位技术之
后, 测量领域的又一次技术革命。它改变了传统的测量
模式, 能够实时提供厘米级定位精度, 在不通视的条件下
远距离传输3维坐标。应用于城市测量中, RTK 能够快
速准确地布设导线网, 弥补由于城市日星月异的发展造
成的低等级导线点的毁坏, 减轻由于城市高速发展而给
测绘人员造成的时间压力。当然,RTK 技术快速、灵活的作业方式有赖于足够的卫星数、稳健的数据链、较小的多路径效应等外界条件, 在城市环境下更显得突出, 有时会出现无法正常作业的情况, 这就需要不断完善RTK技术, 探讨先进的作业方式。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。