實(shí)時載波相位差分ＧＰＳ技術(shù)及在地籍測繪中的應(yīng)用

崔貴權(quán)

摘要：GPS測量技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地促進(jìn)了地籍測繪工作的進(jìn)步，大大提高了地籍測繪的工作效率、拓廣了地籍測繪的服務(wù)范圍。本文介紹了GPS定位技術(shù)的新方法——RTK技術(shù)，并研究了RTK技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS；RTK技術(shù)；地籍測繪

1 引言

GPS技術(shù)作為提供精確三維位置的工具，在地籍測繪中主要是用于地籍控制測量、地籍圖測繪和土地動態(tài)監(jiān)測。對應(yīng)的GPS測量方式有經(jīng)典靜態(tài)測量、快速靜態(tài)測量、常規(guī)差分GPS、廣域差分GPS、事后差分GPS、實(shí)時動態(tài)定位(RTK)。

RTK是Real-Time Kinematic的英文縮寫，是實(shí)時載波相位差分GPS技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，而構(gòu)成的組合系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)發(fā)展中一個新的突破。

2 RTK技術(shù)

在RTK測量技術(shù)出現(xiàn)之前，其它的精密定位技術(shù)，如經(jīng)典靜態(tài)、快速靜態(tài)等，數(shù)據(jù)的處理采取后處理方法，這些模式無法實(shí)時給出觀測站的定位結(jié)果，也無法及時檢核數(shù)據(jù)質(zhì)量和測量成果是否合格，如果事后發(fā)現(xiàn)成果不合格，需要返工重測。為了減少返工重測的情況發(fā)生，外業(yè)時總是延長觀測時間，以獲取大量的多余觀測量，來保證測量結(jié)果的可靠性。顯然，這樣必然降低GPS測量的工作效率。

2.1 RTK測量系統(tǒng)的構(gòu)成

（1）GPS接收設(shè)備

至少兩套GPS接收設(shè)備，如GPS接收機(jī)、GPS天線、電池等，分別安置在參考站和流動站。參考站的坐標(biāo)必須己知，盡量選擇在測區(qū)中央地勢較高處，視野開闊。一參考站應(yīng)連續(xù)跟蹤全部可見衛(wèi)星，并將觀測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)時發(fā)送給附近用戶.參考站的數(shù)據(jù)采樣率應(yīng)與用戶的相一致，如果有多個用戶，參考站的采樣率應(yīng)與用戶中最高的相一致。

（2）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)也稱數(shù)據(jù)通訊鏈，由參考站的發(fā)射設(shè)備和用戶端的接收設(shè)備組成，它是RTK系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其頻率和功率的選擇取決于參考站和用戶之間的距離。數(shù)據(jù)傳輸鏈作用的范圍受到外部環(huán)境的影響，如密集的障礙物、強(qiáng)信號干擾等;在不同地區(qū)，同一套RTK測量系統(tǒng)，能夠傳輸?shù)木嚯x并不相同，如在城市地區(qū)，一般的RTK系統(tǒng)正常的工作范圍是5公里左右，但是，在平原地區(qū)和海上，工作的范圍可以拓展到20公里左右?，F(xiàn)在，大部分的GPS商家已經(jīng)推出了商用的RTK測量系統(tǒng)，如TRIMBLE, LEICA等，各廠家使用的數(shù)據(jù)通訊鏈不同，發(fā)射的功率各異，作用的范圍也不盡相同。所以，在地籍測繪中使用RTK測量系統(tǒng)，必須根據(jù)廠商的設(shè)定，在有效覆蓋范圍內(nèi)工作。

（3）軟件系統(tǒng)

包括作業(yè)模式的選擇、GPS基線快速解算、解算結(jié)果質(zhì)量的分析與評價、坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、結(jié)果的顯示與繪圖等基本功能。它是RTK系統(tǒng)測量結(jié)果的精確性和可靠性的基礎(chǔ)。

根據(jù)用戶實(shí)際工作的要求，目前實(shí)時動態(tài)測量采用的作業(yè)方式主要有:

a.快速靜態(tài):在城市或大區(qū)域的控制測量或工程測量中，要求定位的精度達(dá)到1-2厘米，這就要求RTK測量系統(tǒng)中的用戶端在測站上，靜止地觀測數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘。在觀測過程中，連同接收到的參考站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時地計(jì)算用戶的位置。如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且精度己經(jīng)滿足設(shè)計(jì)要求，便可實(shí)時地結(jié)束觀測，移動到其它測站。這種方式要求在用戶站流動過程中，不必保持對GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。

b.準(zhǔn)動態(tài)測量:在地籍碎部測量、線路測量和工程放樣等，要求達(dá)到厘米級定位精度，可以采用準(zhǔn)動態(tài)測量方式。準(zhǔn)動態(tài)測量要求用戶在觀測工作開始，首先在某一起始點(diǎn)靜止地觀測數(shù)分鐘，以便確定整周模糊度參數(shù)。一旦整周模糊度固定，可以開始流動測量工作，即在每個觀測站上，靜止地觀測數(shù)歷元，就能實(shí)時計(jì)算出厘米級的流動站三維坐標(biāo)。這種方式要求用戶站在流動過程中，必須保持對GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，一旦發(fā)生失鎖，便需重新進(jìn)行初始化工作。

c.動態(tài)測量:在道路中線測量、航線測量和運(yùn)動目標(biāo)的精密導(dǎo)航定位中，要求實(shí)時得到觀測時刻接收機(jī)的位置，可以采用動態(tài)測量方式。在陸上，可以先初始化后，再連續(xù)流動測量，確定每個采樣點(diǎn)的空間位置，一旦出現(xiàn)失鎖，在失鎖點(diǎn)重新初始化，再繼續(xù)測量。在海上和空中，可以采用動態(tài)初始化(Ambiguity ResolutionOn-the-Fly——AROF)技術(shù)，重新完成初始化工作。

2.2 RTK測量系統(tǒng)工作原理

在己知位置的參考站上安裝一臺GPS接收機(jī)，對所有可見衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時發(fā)送給用戶觀測站：在用戶站，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收參考站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后實(shí)時計(jì)算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。RTK測量系統(tǒng)明顯減少了冗余觀測，縮短了觀測時間，提高了工作效率和可靠性。

3 在地籍控制測量中的應(yīng)用

由于RTK技術(shù)具有布點(diǎn)靈活、全天候、速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，使其在國內(nèi)各省市的地籍測繪中得以廣泛應(yīng)用，尤其在地控制測量、地籍碎部測量中的應(yīng)用。

3.1 在地籍控制測量中的應(yīng)用

利用GPS技術(shù)進(jìn)行地籍控制測量，不要求通視，這樣避免了常規(guī)地籍控制測量點(diǎn)位選取的局限條件，沒有常規(guī)三角網(wǎng)(鎖)布設(shè)時要求近似等邊及精度估算偏低時應(yīng)加測對角線或增設(shè)起始邊等繁鎖要求，只要使用的GPS儀器精度與地籍控制測量精度相匹配，控制點(diǎn)位的選取符合GPS點(diǎn)位選取要求，那么所布設(shè)的GPS網(wǎng)精度就完全能夠滿足地籍規(guī)程要求。

由于GPS定位技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，其測繪精度、測繪速度和經(jīng)濟(jì)效益，都大大地優(yōu)于目前的常規(guī)控制測量技術(shù)，目前，常規(guī)靜態(tài)測量、快速靜態(tài)測量、RTK技術(shù)己經(jīng)逐步取代常規(guī)的測量方式，成為地籍控制測量的主要手段。邊長大于15km的長距離GPS基線向量，只能采取常規(guī)靜態(tài)測量方式;邊長在10-15km的GPS基線向量，如果觀測時刻的衛(wèi)星很多，外部觀測條件好，可以采用快速靜態(tài)GPS測量模式，否則，建議使用常規(guī)靜態(tài)測量，如果是平原開闊地區(qū)，可以嘗試RTK模式;邊長小于5km的一、二級地籍控制網(wǎng)的基線，優(yōu)先考慮采用RTK方法，如果設(shè)備條件不能滿足要求，可以采用快速靜態(tài)定位方法;邊長-lOkm的二、三、四等基本控制網(wǎng)的GPS基線向量，優(yōu)先采用GPS快速靜態(tài)定位的方法，設(shè)備條件許可和外部觀測環(huán)境合適，可以使用RTK測量模式。

3.2 在地籍碎部測量中的應(yīng)用

地籍細(xì)部測量和土地勘測定界(含界址點(diǎn)放樣)工作中，主要是測定地塊(宗地)的位置、形狀、數(shù)量等重要數(shù)據(jù)。

由地籍調(diào)查規(guī)程所知，在地籍平面控制測量基礎(chǔ)上的地籍細(xì)部測量，對于城鎮(zhèn)街坊外圍界址點(diǎn)及街坊內(nèi)明顯的界址點(diǎn)間距允許誤差為1Ocm，城鎮(zhèn)街坊內(nèi)部隱蔽界址點(diǎn)及村莊內(nèi)部界址點(diǎn)間距允許誤差為15cm。在進(jìn)行土地征用、土地整理、土地復(fù)墾等土地勘測定界工作中，相關(guān)規(guī)程規(guī)定測定或放樣界址點(diǎn)坐標(biāo)的精度為:相對鄰近圖根點(diǎn)點(diǎn)位中誤差及界址線與鄰近地物或鄰近界線的距離中誤差不超過lOcm。因此，利用RTK測量模式能滿足上述精度要求。

RTK技術(shù)使精度、作業(yè)效率、實(shí)時性達(dá)到了最佳的融合，為地籍碎部測量提供了一種斬新的測量方式。現(xiàn)在許多的土地勘測部門都購置了具有RTK功能的GPS接收系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，并且取得十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。采用RTK方式進(jìn)行碎部測量，與全站儀相比，速度快，作業(yè)效率高。與全站儀一樣，RTK測量單點(diǎn)的時間需要幾十秒，但是，它不要求通視，不需要頻繁換站，減少了全站儀頻繁換站所花的時間，而且可以多個流動站通時工作，在相同的時間內(nèi)，一臺流動站大約是一臺全站儀工作效率的1.5倍。

4 在地籍控制測量中的應(yīng)用

在地籍測繪工作中，許多有效的GPS作業(yè)方式并沒有得到應(yīng)用。同時，不同的地籍測繪工作要求不同的定位精度，面對數(shù)十種GPS測量模式，這就產(chǎn)生了如何選擇合適的GPS測量方式問題，這就要求測繪工作者根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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