GNSSRTK工程施工测量技术指南试行.doc

测绘中心
GNSS RTK工程施工测量技术指南（试行）
说 明
目前测绘中心在各项目上的工程施工测量中广泛应用了GNSS RTK测量技术，RTK测量极大地提高了工作效率，节约了时间、人力成本。但随着GNSS RTK测量技术的深入推广应用，在提高工效的同时也出现了一些问题，对测绘成果质量造成了一定的影响。 产生这些问题的主要原因是由于对GNSS RTK测量特点、对测量软件提供的精度指标的理解以及对GNSS RTK测量有别于传统测量手段出现的误差表现形式和含义没有清晰的认识和明确的使用要求等。为确保GNSS RTK在工程施工测量工作中的可靠性、统一RTK测量作业方法、仪器使用要求、数据处理方法，特编制技术指南。
1 GNSS RTK测量类型
测绘中心应用的GNSS RTK测量形式有三种（基准站与流动站之间的数据通信方式）：常规RTK测量（使用电台进行数据传输）、单基准站网络RTK（Base）和连续运行参考站网络（CORS）。
1.1 单基站RTK测量
1.1.1 常规RTK测量
常规RTK测量工作结构由一个基准站+电台+若干流动站组成，数据间的通信使用VHF、UHF、扩频或跳频。常规RTK测量的精度可达到：水平：1~3cm；垂直：2~5cm。工作距离：小于10km。常规RTK测量技术的出现，实现了定位实时化从而提供了控制测量、测图、工程放样和工程监控的实时化技术。
1.1.2 单基准站网络RTK（GPS Base）
单基准站网络RTK（GPS Base）的工作流程：用户在流动站使用测量手簿通过手机卡GPRS或CDMA连接互联网，通过IP地址上传和下载差分信号，基准站的GPS Base连接互联网，访问该IP地址下载差分信号，进行数据改正，并上传和下载数据，流动站下载改正数据，实时获得定位结果。
1.2 连续运行参考站网络 CORS
连续运行参考站网络（Continuously Operating Reference Stations）基于网络的、动态地、连续地，同时也是快速、高精度地获取空间和地理特征的现代信息基础设施之一。CORS技术运用了网络、GNSS、现代大地测量、地球动力学等技术和方法。提供移动定位、动态连续的空间参考框架和地球动力学参考等服务。CORS系统由基准站（参考站）、系统中心、呼叫中心、数据通信、用户应用等子系统组成，用户无需设置基站。
2 RTK测量技术要求
2.1 在已开通运行CORS的地区，在考虑效费比的前提下建议优先采用CORS系统。
2.2 RTK作业前应充分熟悉测量软件的各项功能和参数设置。
测量手簿（以Trimble Survey Controller为例，下同）软件共包含六大菜单：[文件]、[键入]、[配置]、[测量]、[坐标几何]、[仪器]。

文件：新建项目、检查当前任务、修改当前任务参数以及删除无用的项目；
键入：输入待放样的点、直线、曲线和道路等；
配置：仪器参数的设置和修改，包括语言选择、基准站流动站的参数、测量限差、接收机内部无线电频点的改变，以及Bluetooth(蓝牙)的连接等；
测量：完成测量工作，包括点的采集、点线、曲线和道路的放样；
坐标几何：软件自带测量工作常用的反算、交会等计算工具；
仪器：显示GPS接收机收星状况、接收机文件和状态等。
2.3 点校正
当RTK测量要求提供工程指定的坐标时，应进行坐标转换。点校正的目的是求解WGS-84(或CGCS2000)坐标转换为工程使用坐标系统的转换参数。点校正可分为外业点校正和内业点校正。点校正必须是在测量手簿中建立的与之相对应的任务下进行。点校正结果直接影响今后的施工放样，固应将点校正工作视为控制测量认真对待。
2.3.1 校正点的选择
a) 用于校正的点必须为交桩控制点或等精度加密的控制点；
b) 校正点应均匀分布在工程施工区域及周边且能控制整个施工区域；每个校正区域内用于点校正的个数：平面不少于3个，高程不少于4个；
c) 单基准站RTK测量模式下，如果一个区域比较大,控制点比较多,应分段（区）做校正。可按单项工程（如大型桥梁）或按线路长度划分（≤10km）；
d) 注意坐标系统,中央子午线,投影面高程(特别是海拔比较高的地方),控制点与放样点是否是同一个坐标投影系统；
e) 点校正的残差：平面不应超过10mm、垂直不应超过15mm。对残差超限的应剔除。对精度要求相对较低的工程（如路基土石方施工）此项限制可适当放宽。
2.3.2 外业点校正
a) 外业点校正前，应在测量手簿软件中正确设置各项参数；需要设置的参数有：在[文件]中建立新任务（任务名称、坐标系统参数、坐标转换基准等），在[配置]中进行测量形式设置、拨号简表设置等；
b) 校正作业外业数据采集时，对中杆应使用支架整平；
c) 外业点校正时，应选择PDOP值较低的观测时段（PDOP≤4），设置数据采样间隔1s、数据采集时间不应低于3min（在测量点的[选项]中设置）；
d) 控制点的已知（网格）坐标可用手工键入或电脑导入的方式输入测量手簿。并导入新建立的任务中。水准点的输入，可将其平面坐标视为0，例如：BM5，0,0，30.235；
e) 点校正外业数据采集时，测量已知控制点点名的编辑应与相对应的控制点加以区分，例如在点名前加字头“W”表示采集的是控制点在WGS-84系统下的坐标即GPS点；
f) 外业数据采集完成后，在手簿[测量]菜单里的测量方式中选择[工地校正]，逐一添加网格点和与之对应的外业采集的GPS点。网格点带高程的，可选择[使用]水平和垂直进行校正，添加的水准点校正[使用]选择仅垂直，进行校正；

逐一选择对应的点 点校正结果

g) 检查水平、垂直残差，应用校正结果。点校正结果必须作为测量原始记录，上传至中心的信息管理平台。
h) 点校正应用后，必须进行控制点测量比对，并将比对结果记录上传至中心的信息管理平台。
2.3.3 内业点校正
a) 内业点校正一般用于单基站RTK测量；
b) 用于校正的控制点的WGS-84坐标之间相对矢量关系必须是准确的，即此WGS-84坐标是由一个静态网平差后得到的；
c) 应优先使用工程控制网复测所得的控制点在WGS-84系统下的坐标与设计单位交桩坐标进行内业点校正；
d) 参与校正的基站点WGS-84坐标、网格坐标必须是与控制网联测得出的；
e) 为保证点校正的计算精度，WGS-84坐标需保留足够的位数，经纬度坐标秒位上小数点后至少有5位。例如25°23′36.25468″；
f) 校正点WGS-84坐标输入测量手簿，在手簿[键入]-[点]-[选项]中设置输入坐标为：WGS-84。
输入的控制点WGS-84坐标 设置输入的坐标类型

e) 控制点的网格坐标和WGS-84坐标输入完成后，其余校正工作和要求与外业校正相同（见2.3.2-f~h）。
2.4 基准站设置
2.4.1基准站应选择在控制点或等精度加密点上。应便于电源、维护等管理，建议采用强制归心的观测墩,观测墩的高度不应低于1.0m。
2.4.2 基准站应具备良好的接收信号条件。周围应视野开阔，截止高度角10º以上无遮蔽物（基准站的卫星截止高度角设置应≥10°），周围无信号反射物（大面积水域、大型建筑物等），以减少多路径干扰。并要尽量避开交通要道、过往行人的干扰。在基准站附近禁止使用对讲机、手机通信。
2.4.3 基准站应远离微波塔、通信塔等大型电磁发射源200m外，应远离高压输电线路、通讯线路100m外。
2.4.4 使用电台进行差分信号传输时，基准站应选择在测区内相对较高的位置。
2.4.5 使用移动通信进行差分信号传输时，基准站还应选择在测区内有利于移动通信收发信号的位置。
2.4.6基准站上仪器架设要严格对中、整平、量高。注意天线高、天线类型和相应的天线高测量方式的设置。
2.5 RTK外业测量放样
2.5.1 测量开始前，应检查测量手簿中当前的任务是否与测量所在区域匹配，各项设置是否正确。基准站和流动站数据采集间隔设置应相同。数据采样率一般设为1s，模糊度置信度应设为99.9%以上。
2.5.2 RTK测量应注意卫星数量、分布等观测窗口状况，其作业条件应符合下表规定：
RTK测量卫星状况的基本要求
观测窗口状态
15°以上的卫星个数
PDOP值
作业要求
良好
≥6
＜4
允许
可用
5
≤6
尽量避免
不可用
＜5
＞6
禁止
2.5.3 观测时接收机10米范围内避免使用对讲机、手机等电磁发射设备。
2.5.4 本《指南》定义的RTK测量一测回是指流动站接收机在重新初始化之后所成功完成的一次RTK测量。重新初始化观测是指流动站接收机在完成一或多测回测量后再次进行初始化操作后所进行的测量，并对不同初始化下的测量结果进行比较。类似于全站仪测量中的重新设站观测。
2.5.5每测回观测控制手簿设置，平面收敛精度应≤15mm、高程收敛精度应≤20mm。观测应在得到固定解，且收敛稳定后开始且稳定后方可开始。
2.5.6 开始测量放样前，必须进行测量检核。检核控制点的实测坐标与实际坐标的差值：平面坐标分量（X,Y）≤20mm、高程≤30mm。合格后方可进行测量放样工作。
2.5.7 每测回的自动观测个数不应少于10个观测值，每次读数的坐标分量（平面、高程）较差应≤10mm，取平均值作为测量结果（在手薄的观测次数或观测时间中进行设置）。每测回采集的历元（自动观测值）个数可参照下表中的规定，取平均值作为定位结果；
RTK平面控制测量技术要求
等级
总测回数
每测回观测历元数
坐标转换残差
测回间平面互差
一级平面控制点
≥4
≥20
≤±2cm
≤4cm
二级面控制点
≥3
≥20
≤±2cm
≤4cm
三级面控制点
≥2
≥20
≤±2cm
≤4cm
图根点
≥2
≥20
≤图上±0.07mm
≤图上±0.1mm
碎部点
≥1
≥5
≤图上±0.1mm

2.5.8 测回间观测结果的坐标较差应≤10mm，高程较差应≤20mm。重新初始化观测结果的平面坐标分量较差应≤15mm，高程较差应≤25mm。
2.5.9 检核点与放样区域间的距离不应超过1000m。
2.5.10 测量检核与放样工作的时间间隔不宜超过1小时。
2.5.11 当初始化时间超过3min仍不能获得固定解时，应断开通讯链接，重启接收机，再次进行初始化操作。重试次数超过3次仍不能获得初始化时，应选择其它位置或时段进行测量。
2.5.12 在工程结构物施工测量中，应以至少两次初始化后的观测值做对比。尤其是在信号质量差、初始化时间长的情况下。例如：在一个工作区域测量完成后，重新进行初始化操作，再次测量此前的测量点，并将测量结果进行比较。
2.5.13 使用RTK在进行诸如桩位放样、模板检查等工作时，对测量结果应通过其他方式进行必要的检核，如：钢尺丈量。
2.5.14 测量工作完成后，也必须进行测量检核。检核控制点的实测坐标与实际坐标差值的限差与放样前的检核相同。若超限，应查找原因并对此次的测量放样结果进行复核。控制点检核困难时，可检核此前附近已有放样成果的点。
2.5.15 本《指南》所涉及的外业测量强制性规定应作为外业观测原始数据记录。
2.5.16 RTK测量中卫因星颗数少且分布差、测量点视空条件差、遮挡物较多、流动站与基准站距离较远、网络延时、电离层活动异常、流动站初始化时间长，上述情况下即使得到固定解有可能是“伪固定”的现象。此时虽有固定解，但实际上测量的结果却存在较大偏差，对测量成果造成严重影响。应注意此类现象的发生，应采取必要的措施加强观测。可采取实测附近控制点坐标进行对比、多测回观测、重新初始化观测或在较大的时间间隔下重复观测的办法提高可靠性。
2.5.17 应定期检校对中杆上的圆水准器。
2.5.18 初始化问题
RTK测量经常会出现初始化困难，尽管此时有效卫星较多。下面介绍三种加快速初始化的方法。
a) 在RTK测量时，RTK选项中有一项初始化，点击初始化后出现初始化界面我们在[方法]中选择运动中初始化，这样手簿将给接收机发出一个重新在运动中进行初始化的指令．它可以加快我们初始化的速度，使RTK的浮动解较快的初始化成功变成固定解。也可以将接收天线做短距离往返运动来实现初始化；
b) 通过改变卫星分布加快初始化速度。查看卫星分布图可以看到卫星分布的状况。屏蔽高度角13°以下以及分布在图形边缘的卫星、使接收天线稳定，避免大的晃动、剔除信噪比30以下的卫星，使卫星信号接收更为稳定。删掉信号质量不好的卫星将有利于接收机的快速初始化；
c) 通过关机再开机得到初始化。有时接收机丢失初始化后，再次进行初始化时可能会进入解算模型的死循环，因此很难再次快速初始化。这时关机再开机，使接收机重新进行数据处理解算可以快速得到初始化。
2.5.19 在使用CORS的项目，因各地区的CORS维护管理机构大都有网站、联系电话和QQ交流群。这些管理机构会经常就CORS的使用问题发布信息，测量人员应关注这些信息，及时的沟通和了解。
2.5.20 RTK测量期间，基准站不允许下列操作
a) 关机又重新启动；
b) 进行自测试；
c) 改变卫星截止高度角或仪器高度值、测站名等；
d) 改变天线位置；
e) 关闭文件或删除文件等。
2.5.21 使用电台时应注意电台的供电电压、电台与手薄间的设置关联性、注意电台的散热问题，尤其在夏天，电台温度超过85℃会自动停止工作。启动基准站接收机后，电台正常工作，此间不要对电台的频率、功率和其它配置进行改变，如需更改，应先断开GPS接收机与电台的数据传输线，更改后重新启动基准站接收机。电台的发射天线尽量架设在开阔的区域，周围近距离不要有建筑物以及金属构筑物。电台主机应该安置在脚架上或利于散热处，夏天工作时，尽量避免暴晒主机。结束基准站工作时，应先关闭接收机电源，然后再拆除连线。
3 RTK工程施工测量应用
3.1 桥梁施工测量
桥梁工程施工测量大体可分为：桩、承台、墩身、支座垫石、梁体、桥面系，此外还有桥梁附属结构物和大临设施等。
3.1.1 为便捷现场操作，避免输入和引用错误，在复核无误的基础上可事先将工程各结构物的坐标导入测量手薄。在不同类别的坐标名称前冠以特定字符以示区分和便于检索。例如桩位坐标：Z3-1,X,Y 表示3#墩1#桩位坐标；CJ4-1,X,Y 表示4#墩承台1#角点坐标，以此类推。提示：在手薄测量点的[列表]中,点击名称的表头可改变排序方式（以字母顺序或数字排序），方便查找。
3.1.2 一般工程规范要求：桩基的孔位偏差不大于50mm，承台模板尺寸限差30mm，承台高程放样限差30mm，RTK测量可基本满足桩基放样、桩基竣工、承台施工放线要求。
3.1.3 在进行桥梁各部位的放线测量中，均应进行多测回观测和重新初始化观测，取均值作为最终结果。
3.1.4 RTK测量不宜在墩身及以上部位使用。对于有必要使用的，需编制相应施工测量控制计划报测绘中心审批，批准后方可投入使用。可在项目总体测量工艺中以专门章节规划说明对RTK测量的具体检核措施和整体施工测量控制计划。
3.1.5 一般工程中墩身截面积大，施工的调整余量较大。若使用RTK测量，则必须在墩身竣工测量、垫石施工时使用全站仪、水准仪测量对施工偏差做系统性的调整。
3.1.6 在承台模板和墩身模板等精度要求较高的检查放线测量中，对于RTK而言，考虑更多的应该是如何采取措施确保RTK测量的可靠性。
a) 在承台模板和墩身模板的检查放线测量中，应进行多测回观测（每测回观测时间≥60s，使用支架整平。）和重新初始化观测。尤其是在信号质量差、初始化时间长的情况下。各测回间的平面坐标分量较差应≤10mm，高程较差应≤20mm，重新初始化观测结果的坐标分量较差应≤15mm，高程较差应≤25mm，取均值作为最终结果。
b) 对RTK测量结果应通过其他方式进行必要的检核。例如：可采用钢尺丈量桩位间的距离、模板放样的纵横轴线点间的距离来检核其可靠性；在墩身分节施工时，应使用垂球检查模板的垂直度和平整度。
c) 墩身竣工、支座垫石测量必须使用全站仪、水准仪进行中线、跨距、高程测量，并对各墩位做统一调整。
3.1.7 对于单桩+单柱+垫石（未设墩帽）、薄壁墩等截面积小，调整余量小的结构，禁止使用RTK测量放样。
3.1.8 TRK测量外业记录应包含以下内容（利用水准仪记录本）：
地点：
年 月 日
天气
仪器编号
测站
后视
视线高
前视
高度
备注
转点
中间点
RTK测量记录

检核控制点名称
已知坐标
X
Y
Z
检核时间
测量前

实测坐标

较差mm

测量点名称
实测坐标1

测量时间
多次初始化观测
坐标或里程　
实测坐标2

均值

放样点坐标或里程
已知坐标

测量时间

实测坐标1

　多次初始化观测　

实测坐标2

均值

注：以里程替代网格坐标的，除记录里程外还应记录实测的网格坐标。
检核控制点名称
已知坐标
X
Y
Z
检核时间
测量后

实测坐标

较差mm

说明：距离检核，测量点的布置等内容可在简图中加以说明
3.1.9 支座安装、梁体和桥面系施工必须采用全站仪、水准仪测量。
3.1.10 海上桥梁施工中必须使用RTK的，需经测绘中心审批制定专门的测量方案后方可使用。
3.2 路基施工测量
RTK测量的精度可满足大多数路基土石方施工要求。但某些测量工作的精度要求较高（如路基（面）竣工测量等），不宜使用RTK测量。具体适用范围和技术要求可参照相应技术规范。
3.3 RTK测量可作为其他测量手段的补充（全站仪测量、水准测量）
a) 可对其他测量结果进行检核。如对全站仪测设的临时转点进行检核。此时的RTK测量不是为提高临时转点的精度，而是为检核转点的可靠性；
b) 可为其他测量放样工作提供辅助。如辅助水准仪进行高程放样工作（桥面板施工中，RTK测量可用于放样道路里程的断面线，辅助高程放样），这样可有效提高工作效率。
c) RTK测量可为其他测量方式提供帮助。如用来快速设置测量精度要求相对较低的临时转点，供全站仪测量使用等。
附录1 术语
附录2 坐标系统
附录3 CORS连接设置
附录4 HBCORS网络RTK测量技术规定（试行）

附录1
术 语
1 实时动态测量(RTK) Real Time Kinematic
RTK测量定位技术是全球卫星导航定位技术与数据通信技术相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。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集导航卫星观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。
2 天线高 Antenna Height
观测时接收机天线相位中心到测站中心标志面的高度。
3 基准站 Reference Station
在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别在一个或几个固定测站上，一直保持跟踪观测卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动作业，这些固定测站就称为基准站。
4 流动站 Roving Station
在基准站的一定范围内流动作业的接收机所设立的测站。
5 单基准站RTK测量 single reference station for RTK surveying
只利用一个基准站，并通过数据通信技术接收基准站发布的载波相位差分改正参数进行RTK测量。
6 网络RTK Network RTK
指在一定区域内建立多个基准站，对该地区构成网状覆盖，并连续跟踪观测，通过这些站点组成卫星定位观测值的网络解算，获取覆盖该地区和某时间段的RTK改正参数，用于该区域内RTK用户进行实时RTK改正的定位方式。网络RTK技术包括了利用连续运行GNSS参考站网络、计算机网络通讯、无线通讯、GNSS高精度定位技术等，为覆盖范围内的流动站用户实时提供高精度的GNSS定位结果的一系列技术。
7 截止高度角 Elevation Mask Angle (cut off)
为了屏蔽遮挡物（如建筑物、树木等）及多路径效应的影响所设定的蔽遮高度角，低于此角视空域的卫星不予跟踪。
8 空间位置精度因子(PDOP) Position Dilution of Precision
反映定位精度衰减的因子，与所测卫星的空间几何分布有关，空间分布范围越大，PDOP值越小，定位精度越高；反之，PDOP值越大，定位精度越低。
9 固定解 Fixed solution
卫星载波相位观测量的整周未知数的整数解叫固定解。表明整周模糊度已被解出、测量已被初始化。
10 浮动解 Floating solution
表明整周模糊度已被解出、测量还未被初始化。
11 整周模糊度
GPS卫星和GPS接收机之间的载波相位伪距中的整周数。
12 观测次数 observation times
同一流动站初始化观测的次数。
13 历元 epoch
地球坐标或轨道参数所对应的某一时刻。
14 观测时段 Observation Session
测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间间隔。
15 均方根RMS Root Mean Square
用来表示点的测量精度。它是在大约70%的位置固定点内的误差圆半径。它可用距离单位或波长周数表示。
16 信噪比 STN Signal to Noise Ratio
对卫星信号强度的衡量。一般认为高于30的信噪比是好的。
17 比率
初始化过程中，接收机确定每颗卫星与GPS天线相位中心之间的波长整数。对于特定的一组整数，可算出其正确的概率，然后，计算机计算当前最好的一组整数的正确性概率与下一组最好的整数的正确性概率之比，高比率说明最好的一组整数远远优于其他任何组。对于新点和OTF(On The Flying整周模糊度的在航解算方法)初始化，比率必须大于5。
18 单差 Single differential
两个不同观测站GNSS接收机同步观测同一卫星相位观测值之差。
19 双差 Double differentia
两个不同观测站GNSS接收机同步观测两颗卫星所得两个单差之差。
20 三差 Triple differentia
两个不同观测站对同一卫星不同历元的两个双差之差。
21 GNSS Global Navigation Satellite System
双（多）星多频全球卫星定位系统。

附录2
坐 标 系 统
1 世界大地坐标系1984（WGS-84） World Geodetic System 1984,由美国国防部在与WGS72相应的精密星历NSWC–9Z-2基础上，采用1980大地参考数和BIH1984.0系统定向所建立的一种地心坐标系。美国的GPS定位系统采用此坐标系统。
2 国家大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000)，简称CGCS2000国家大地坐标系。我国的CORS定位系统采用CGCS2000坐标系统。
3 当RTK测量要求提供其它坐标系成果时，应进行坐标转换。
地球椭球和参考椭球的基本几何参数
坐
标
系
统
地
球
椭
球

北京54坐标系
西安80坐标系
WGS-84
2000国家
大地坐标系
椭球名称
克拉索夫斯基
1980大地坐标系
WGS-84
CGCS2000
椭球类型
参考椭球
参考椭球
总地球椭球
总地球椭球
建成年代
50年代
1982
1984
2008
长半轴a（m）
6378245
6378140
6378137
6378137
短半轴b（m）
6356863.0188
6356755.2882
6356752.3142
6356752.31414
扁率f
1/298.3
1/298.257
1/298.257223563
1/298.257222101
第一偏心率平方e2
0.006693421622966
0.00669438499959
0.00669437999013
0.00669438002290
第二偏心率平方2
0.006738525414683
0.00673950181947
0.006739496742227
0.00673949677548
地球引力常数GM（m3s-2）
—
3.986005×1014
3.986005×1014
3.986004418×1014
自转角速度ω（rads-1）
—
7.292115×10-5
7.292115×10-5
7.292l15×10-5

附录3
Trimble GNSS接入HBCORS系统Survey Controller软件操作说明
点击，搜索并绑定手机和GPS，手簿输入与手机一致即可，GPS不用输入

点击“蓝牙”

选择拨号简表
打开SC测量控制软件
打开连接
拨号上网
连接GPS

配置如图

选择测量形式-VRS
点击“测量形式”　

得到固定解
流动站电台选项

VRS（RTCM）
或VRS（CMR）
获取到源列表后，点击确认开始测量
流动站选项
点击测量-开始测量