GPS RTK技術(shù)及其在測(cè)量中的應(yīng)用及改進(jìn)

中礦資源勘探股份有限公司 何 毅 何 鑫 胡曉麗

GPS RTK技術(shù)及其在測(cè)量中的應(yīng)用及改進(jìn)

中礦資源勘探股份有限公司 何 毅 何 鑫 胡曉麗

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位RTK（Real Time Kinematie）技術(shù)，是以載波相位基本觀測(cè)量的差分定位技術(shù)，在許多行業(yè)都有應(yīng)用。本文，筆者介紹了GPS RTK技術(shù)的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)，提出了嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范和操作規(guī)程，精確、可靠地完成測(cè)量任務(wù)的對(duì)策。

一、GPS RTK技術(shù)的工作原理

RTK技術(shù)測(cè)量的原理是將1臺(tái)GPS接收機(jī)和中繼發(fā)射電臺(tái)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測(cè)，根據(jù)基準(zhǔn)站輸入的已知精確坐標(biāo)和高程數(shù)據(jù)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將這個(gè)改正數(shù)通過(guò)中繼電臺(tái)設(shè)定頻率發(fā)射出去，半徑5 km以內(nèi)的接收機(jī)（中海達(dá)GNSS V8）在移動(dòng)站進(jìn)行GPS觀測(cè)的同時(shí)，通過(guò)相應(yīng)頻率也接收到基準(zhǔn)站的改正數(shù)，并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而實(shí)時(shí)地解算出移動(dòng)站對(duì)中點(diǎn)的精確坐標(biāo)和高程。

RTK技術(shù)的應(yīng)用從根本上改變了兩點(diǎn)要通視照準(zhǔn)的傳統(tǒng)測(cè)量方法，它的最大特點(diǎn)是作業(yè)時(shí)不需要測(cè)站點(diǎn)與預(yù)測(cè)點(diǎn)之間通視，并且觀測(cè)速度快、精度高。其作業(yè)精度以中海達(dá)GNSS V8儀器為例，平面為±（10mm+1×10-6D），高程為±（20mm+1×10-6D），特別適用于樹木蒿草叢生、地形平緩且通視條件較差的地區(qū)。只要基站和移動(dòng)站衛(wèi)星高度截止角≥15°有4顆接收衛(wèi)星，移動(dòng)站對(duì)中整平后幾秒鐘內(nèi)即可測(cè)出該點(diǎn)RTK固定解X，Y，H數(shù)據(jù)。

作業(yè)時(shí)，要注意觀察手簿固定解情況。若出現(xiàn)單點(diǎn)或偽距時(shí)為錯(cuò)誤解，應(yīng)查找原因并重新觀測(cè)；只有出現(xiàn)固定解，方可點(diǎn)擊保存。此外，樹冠密集遮蓋林區(qū)和井下工程測(cè)量要用全站儀配合。

二、GPS RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1.作業(yè)效率高。GPS RTK技術(shù)在已知控制點(diǎn)上設(shè)置基站，可對(duì)半徑5 km內(nèi)的測(cè)區(qū)進(jìn)行全覆蓋測(cè)量，減少了傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀或全站儀所需的控制點(diǎn)數(shù)和測(cè)量?jī)x器設(shè)站的次數(shù)，一般在電磁波環(huán)境下幾秒鐘即可測(cè)出所求點(diǎn)坐標(biāo)、高程。作業(yè)速度快、省時(shí)省力，極大地提高了工作效率。

2.定位精度高。只要滿足RTK作業(yè)的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為5 km），RTK作業(yè)的平面精度和高程精度都能達(dá)到均衡厘米級(jí)。

3.降低了作業(yè)條件的要求。通常的測(cè)量觀測(cè)要求通視和較好的天氣成像才能觀測(cè)，而RTK作業(yè)受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)的因素的影響和限制較小。

4.自動(dòng)化程度高。GPS RTK作業(yè)時(shí)，在基站完成初始化后，移動(dòng)站在有效測(cè)區(qū)內(nèi)測(cè)任意點(diǎn)，手簿會(huì)自動(dòng)顯示在固定解狀態(tài)下的所求點(diǎn)的坐標(biāo)、高程及點(diǎn)位中誤差，并且可以“一鍵保存”。

三、GPS RTK技術(shù)的缺點(diǎn)及改進(jìn)措施

1.受衛(wèi)星狀況限制。一是當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)美國(guó)是最佳位置的時(shí)候，地球上其他國(guó)家在某一確定的時(shí)間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值。經(jīng)筆者在非洲贊比亞5個(gè)測(cè)區(qū)的測(cè)試，當(dāng)?shù)貢r(shí)間12點(diǎn)～14點(diǎn)產(chǎn)生假值的幾率最高，解決辦法是盡量避開該時(shí)段觀測(cè)。二是在高山峽谷深處及密集森林區(qū)、城市高樓密布區(qū)，衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，容易產(chǎn)生假值，解決辦法是采用GPS RTK方法將控制點(diǎn)引至高山峽谷深處及密集森林區(qū)、城市高樓密布區(qū)最近處，用全站儀補(bǔ)測(cè)。

2.受數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)母蓴_和限制。主要原因是RTK數(shù)據(jù)傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號(hào)源的干擾，在其傳輸過(guò)程中衰減嚴(yán)重，解決辦法是在以上特殊環(huán)境作業(yè)時(shí)盡量縮短作業(yè)半徑，或?qū)⒒炯茉O(shè)在測(cè)區(qū)中部較高點(diǎn)位上。

3.電量不足的限制。GPS RTK作業(yè)耗電量較大，目前市場(chǎng)上銷售的GPS儀器所配置的電池要求一般只能使用4 h，野外現(xiàn)場(chǎng)又無(wú)法充電，不能滿足作業(yè)組1 d的工作要求。解決辦法自己可備購(gòu)1～2套備用電池及時(shí)更換。

4.作業(yè)飛點(diǎn)問(wèn)題。GPS RTK作業(yè)時(shí)，移動(dòng)站與手簿距離越近越好，一般不超過(guò)15 m，否則會(huì)出現(xiàn)飛點(diǎn)，以及坐標(biāo)、高程值無(wú)限大，解決辦法是關(guān)閉移動(dòng)站和手簿，重新啟動(dòng)并初始化，然后在已知點(diǎn)上檢測(cè)無(wú)誤后，方可重新觀測(cè)。

5.作業(yè)粗差問(wèn)題。GPS RTK作業(yè)中常出現(xiàn)所求點(diǎn)有粗差現(xiàn)象，這與GPS儀器工作狀態(tài)和對(duì)衛(wèi)星、中繼電臺(tái)接收信號(hào)不穩(wěn)以及作業(yè)環(huán)境有很大關(guān)系，解決辦法是在作業(yè)過(guò)程中隨時(shí)注意觀察固定解情況，并與之前所測(cè)點(diǎn)比較，確認(rèn)坐標(biāo)、高程無(wú)誤后再保存。另外一個(gè)辦法是用手持GPS將有關(guān)參數(shù)與GPS RTK設(shè)置一致，同一點(diǎn)上如果手持GPS值與GPS RTK值基本一致，方可保存。

6.平面精度及高程精度問(wèn)題。在平面精度和穩(wěn)定方面，GPS RTK技術(shù)作業(yè)不及全站儀作業(yè)，易受衛(wèi)星、氣候、環(huán)境影響。解決辦法是選用GPS儀器精度和穩(wěn)定性較強(qiáng)的機(jī)型，另外布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)的密度要大，進(jìn)行多測(cè)檢查點(diǎn)比較，并且在作業(yè)時(shí)要按照儀器使用說(shuō)明操作。GPS RTK技術(shù)作業(yè)高程精度可以滿足圖根級(jí)控制、工程、地形測(cè)量需要，但是對(duì)四等以上首級(jí)控制高程精度很難達(dá)到規(guī)范要求，解決辦法是在四等以上首級(jí)控制高程測(cè)量時(shí)，采用四等水準(zhǔn)高程路線測(cè)量方法。

GPS RTK技術(shù)是測(cè)量技術(shù)的一次革新和飛躍。隨著太空高科技衛(wèi)星系統(tǒng)的支持和地面GPS接收系統(tǒng)的不斷改進(jìn)完善，對(duì)各行各業(yè)的作用是非常大的，它的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于缺點(diǎn)。只要在應(yīng)用GPS RTK技術(shù)時(shí)，嚴(yán)格按照行業(yè)規(guī)范，嚴(yán)格按照操作規(guī)程，認(rèn)真細(xì)心，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，才能確保測(cè)量成果的精確、可靠。