RTK技术在城市燃气管道测量中的应用

RTK技术在城市燃气管道测量中的应用摘要：RTK技术是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中一个新的突破。

本文阐述了RTK的概念、系统的组成以及在测量领域内应用的优势和存在的问题，并结合其在城市燃气管道测量中实际应用例子，说明其在城市燃气管道测量中应用的前景。

关键词：RTK；GPS；测量；竣工图；准确性；应用随着全球定位系统(GPS)技术的快速发展，RTK(Real Time Kinematic)测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用，且其精度高、实时性和高效性，使得其在城市测绘中的应用越来越广，在城市燃气管网测绘中有着较好的应用前景。

1 RTK技术概述GPS(Global Positioning System，全球定位系统)是由美国建成，具有全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，应用于测绘领域。

RTK(Real Time Kinematic)即为实时动态定位技术测量系统，是在GPS技术(全球定位系统)基础上发展起来的，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，也是GPS测量技术中的一个新突破。

RTK测量技术是一种基于载波相位观测值的实时差分GPS定位测量技术，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卫星进行连续的观测，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。

在用户观测站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，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，便可检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，实时地判定解算成果是否成功，从而减少观测量，缩短观测时间。

RTK测量系统一般由以下三个部分组成：GPS接收设备、数据传输设备、专用软件系统。

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。

专用软件系统具有能够实时解算出流动站的三维坐标的功能。

图1为GPS-RTK测量示意图。

2 RTK技术的优势和存在问题2.1 RTK技术的优势(1) 作业效率高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“搬站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。

(2) 定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

(3) 降低了作业条件要求RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。

(4) RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。

RTK可胜任各种测绘内、外业。

流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。

(5) 操作简便，容易使用，数据处理能力强，只要在设站时进行简单的设置，就可边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。

数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。

2.2 RTK技术存在的问题(1) 受卫星系统位置影响，易产生假值，在城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使作业时间受限制。

(2) 受天空环境电离层干扰影响大，初始化时间长甚至不能初始化，作业时段无法进行测量。

(3) RTK数据链传输易受到高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。

(4) 在城镇密楼区作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，容易造成失锁，需要经常重新初始化。

(5) 不同质量的RTK系统，其精度和稳定性差别较大，RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪。

3 不同测量技术方法在燃气管线测绘工作的比较RTK测量系统的开发成功为GPS测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及具有重要的现实意义，可用于城市燃气管道的控制测量、管道定线和燃气建构筑物的规划放线，下面将其与常规测量以及GPS 静态测量的优势在以上的应用中进行比较。

3.1 燃气管网控制测量上的比较(1) 为满足城市燃气管网测绘的需要，常规的城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点，而且城市Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级导线大多位于地面，随着城市建设的飞速发展，这些点常被破坏，影响了工程测量的进度，也因无法快速精确地提供控制点直接影响工作效率。

常规控制测量如导线测量，要求点问通视，费时费工，且精度不均匀。

(2) GPS静态测量，点间可以不需通视且精度高，但需事后进行数据处理，不能实时知道定位结果，如发现精度不符合要求则必须返工，返工量较大。

(3) 应用RTK技术无论在作业精度，还是作业效率上将具有明显的优势。

RTK测量技术除具有GPS测量优点外，同时具有观测时间短，能实现坐标实时解析优点，因此可有效地提高工作效率。

实时动态定位如果采用快速静态测量模式，在15km范围内，其定位精度可达1～2cm。

表1为管网控制测量方式的比较。

表1 管网控制测量方式的比较测量方式测量条件外业工作量内业工作量项目完成质量常规测量点间通视费时费工较大精度不均匀GPS 静态测量不需通视事后进行数据处理较小有时精度不符合要求易返工RTK 技术测量不需通视观测时间短工作效率高精度高3.2 管路中线定线上的比较(1) 常规的线路中线定线，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要2～3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样。

(2) GPS线路中线定线，可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标，但经典GPS钡U量不具备实时性。

(3) 采用RTK技术放样时，仅需将线路参数如线路起终点坐标、曲线转角、半径等输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，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，直到误差小于设定值为止，这样既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人操作。

RTK技术用于管线测量，用专业测图软件，通过电子手簿记录即可实现数字化测图。

RTK比静态GPS还多出一些误差因素如数据链传输误差等，与GPS 静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须进行质量控制。

表2为管路中线定线测量方式的比较。

表2 管路中线定线测量方式比较测量方式测量条件外业人员数量实时性项目完成效率测量精度常规测量点间通视2～3人有不高不稳定GPS 静态测量不需通视2人无较高高RTK 技术测量不需通视1人有高高4 RTK技术在燃气管道测量应用实例2005年开始，吉林港华燃气在天然气管道市政管线定位上，采用了RTK技术，在天然气管道市政管线的测绘时，比以往采用的全站仪测量大大提高了测点的精准度，节省了大量测绘时间，为竣工图的绘制提供了精准的基础数据。

具体做法是取由吉林市勘测设计院提供的点位精度较高的城市坐标点作为首级控制点(即基准点)，安置一台接收机作为参考站对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。

这样就可实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少观测量，提高工作效率，测绘工作完成后，通过EXCEL和AUTOCAD软件将测绘的三维坐标点转化成为全比例二维竣工图。

其操作方法为：① 打开EXCEL软件，在文件菜单下点击打开，找到刚测绘后的城市坐标点(为记事本格式)点击下一步，将空格、分号钩选，然后点击下一步，再点击完成。

② 在EXCEL软件中出现城市坐标点，然后将X、Y值选取，点复制。

③ 打开AUTOCAD软件(2007以上版本)，点击多线段命令，在下方输入点的位置右键点粘贴，在CAD绘图区内会出现测绘的走向图，如需要标注城市坐标，则需要有自动标注软件完成。

5 结语(1) RTK在控制测量及施工放样中应用广泛，比传统测量仪器测量，有着省时省工且高精度的优点；(2) 在进行测量时，应注意克服存在的问题，基准站宜在中心位置，选择无磁场影响，空旷开阔的制高点，保证流动站接收的信号好，工作稳定；(3) RTK技术在燃气工程竣工测绘上提高了精确性，在竣工图的绘制上减少了误差，更有利于城市燃气公司燃气管网GIS地理信息系统的建设。