隨州城市工程測(cè)量中RTK技術(shù)應(yīng)用研究

楊佰義+周小溪

摘 要：GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是克服了普通RTK測(cè)量中測(cè)站間距的限制，它的有效距離可以達(dá)到幾十甚至上百公里，覆蓋面廣闊，但定位精度仍然可以達(dá)到厘米級(jí)，可靠性強(qiáng)。這也是GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)能夠很快發(fā)展的原因之一。該文基于筆者多年從事控制測(cè)量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以筆者參與的隨州某工程測(cè)量為案例，研究探討了GPS網(wǎng)絡(luò)RTK用于圖根控制測(cè)量及精度分析的方法，全文是筆者長期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：GPS RTK 圖根控制測(cè)量 精度分析 靜態(tài)GPS

中圖分類號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）10（b）-0027-02

1 常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的基本原理就是：在一個(gè)較為廣闊的區(qū)域均勻、稀疏的布設(shè)若干個(gè)（一般至少3個(gè)）固定觀測(cè)站（稱為基準(zhǔn)站），構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)站網(wǎng)，并以這些基準(zhǔn)站中的一個(gè)或多個(gè)為基準(zhǔn)，計(jì)算和播發(fā)改正信息，對(duì)該地區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星定位用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)改正。其原理借鑒了廣域差分GPS（Wide Area DGPS，即WADGPS）和具有多個(gè)基準(zhǔn)站的局域差分GPS（Local Area DGPS，即LADGPS）的基本原理和方法。廣域差分GPS采用誤差分離技術(shù)，將GPS定位中的主要誤差源分別加以“模型化”，把偽距誤差分離為衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差和電離層誤差，并產(chǎn)生相應(yīng)的改正數(shù)。用戶利用廣域差分改正數(shù)改正GPS偽距誤差，以提高導(dǎo)航定位的精度。局域差分GPS（LADGPS）定位系統(tǒng)則向用戶提供綜合的DGPS改正信息—觀測(cè)值改正，而不是提供單個(gè)誤差源的改正。與廣域差分GPS和局域差分GPS不同的是，GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)通過內(nèi)插法或線性組合法求得改正數(shù)，對(duì)載波相位進(jìn)行改正，而非對(duì)偽距或位置進(jìn)行改正。因?yàn)檫@三種類型的差分定位中，利用載波相位進(jìn)行的差分定位精度最高。

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是克服了普通RTK測(cè)量中測(cè)站間距的限制，它的有效距離可以達(dá)到幾十甚至上百公里，覆蓋面廣闊，但定位精度仍然可以達(dá)到厘米級(jí)，可靠性強(qiáng)。這也是CPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)能夠很快發(fā)展的原因之一。

2 GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的工作過程

首先要在一定的區(qū)域（如一個(gè)國家、一個(gè)城市或者一個(gè)地區(qū)）建立永久性的連續(xù)運(yùn)行GPS參考站，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Internet）把它們連接到控制中心，控制中心接收和處理所有參考站的原始觀測(cè)值，整體平差，消除和減弱軌道誤差、電離層和對(duì)流層影響以及周跳，建立改正數(shù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。用戶在作業(yè)過程中，不需要建立基準(zhǔn)站，通過無線網(wǎng)絡(luò)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等方式訪問控制中心，并把自己的初始位置信息發(fā)給控制中心?？刂浦行母鶕?jù)用戶的位置，計(jì)算出流動(dòng)站處的觀測(cè)值改正數(shù)，并通過控制中心播發(fā)給流動(dòng)站用戶。用戶根據(jù)控制中心播發(fā)的改正數(shù)信息，就可以求得流動(dòng)站處的精確坐標(biāo)信息。根據(jù)上述的GPS網(wǎng)絡(luò)RTK的工作過程，很明顯，一個(gè)完整的GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)至少包括了四個(gè)部分：基準(zhǔn)站網(wǎng)，數(shù)據(jù)處理中心（或控制中心），數(shù)據(jù)通信線路以及用戶部分。每個(gè)組成部分都有它不可替代的作用，也與其它部分相互聯(lián)系，相互依存。

2.2 GPS網(wǎng)絡(luò)RTR系統(tǒng)的組成

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)有4個(gè)基本的組成部分：基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心（控制中心）、數(shù)據(jù)通信線路和用戶部分。其中最核心的就是數(shù)據(jù)處理中心或者控制中心，它包括了GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的傳輸、接收、轉(zhuǎn)換、處理、發(fā)送等重要任務(wù)?；鶞?zhǔn)站網(wǎng)是由固定的基準(zhǔn)站組成的網(wǎng)絡(luò)，一般一個(gè)完整的GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)至少有3個(gè)固定的己知基準(zhǔn)控制點(diǎn)（標(biāo)準(zhǔn)的是6個(gè)）。數(shù)據(jù)處理中心也稱為控制中心，是整個(gè)GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的核心部分，由GPS網(wǎng)絡(luò)RTK軟件、計(jì)算機(jī)、路由器和通訊服務(wù)器組成。數(shù)據(jù)通信線路是整個(gè)系統(tǒng)中不可缺少的部分，它擔(dān)負(fù)著聯(lián)系控制中心與基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的重大任務(wù)。用戶部分也就是流動(dòng)站部分，由GPS接收機(jī)、移動(dòng)電話和調(diào)制解調(diào)器等構(gòu)成。接收機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)將自己初始位置發(fā)給控制中心，并接收控制中心的差分信號(hào)，生成厘米級(jí)的位置信息。這也是GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)最終要得到的結(jié)果。以上是GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)四個(gè)基本組成部分的簡單介紹，它們構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的框架和靈魂。

3 GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)圖根控制測(cè)量

3.1 圖根控制的技術(shù)要求

圖根控制點(diǎn)即是直接供測(cè)圖使用的控制點(diǎn)，簡稱圖根點(diǎn)。測(cè)定圖根點(diǎn)位置的工作，稱為圖根控制測(cè)量。中等城市一般以四等網(wǎng)作為首級(jí)控制網(wǎng)。在測(cè)圖中，要求首級(jí)圖根點(diǎn)相對(duì)于起算三角點(diǎn)的點(diǎn)位誤差，在圖上應(yīng)不超過±l mm，相對(duì)于地面點(diǎn)的點(diǎn)位誤差則不超過±0.1Nmm（N為測(cè)圖比例尺分母）。而圖根點(diǎn)對(duì)于國家三角點(diǎn)的相對(duì)誤差，又受圖根點(diǎn)誤差和國家三角點(diǎn)誤差的共同影響，為使國家三角點(diǎn)的誤差影響可以忽略不計(jì)，應(yīng)使相鄰國家三角點(diǎn)的點(diǎn)位誤差小于（1/3）×0.1Nmm。據(jù)此可得出不同比例尺測(cè)圖對(duì)相鄰三角點(diǎn)點(diǎn)位的精度要求。根據(jù)《城市測(cè)量規(guī)范》，圖根控制網(wǎng)中圖根點(diǎn)高程中誤差不得大于測(cè)圖基本等高距的1/10，1/500的等高距為0.5 m，1/1000的等高距為0.5 m或l m，隨著比例尺的減少，等高距可相應(yīng)的加大。我們此次測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)選的是靜態(tài)GPS點(diǎn)，其點(diǎn)位精度是遠(yuǎn)高于國家四等控制網(wǎng)的精度的，所以采用上面的技術(shù)要求是可以對(duì)我們的測(cè)量點(diǎn)作控制的。

3.2 控制測(cè)量實(shí)施

下面以隨州某工程圖根控制測(cè)量實(shí)施為研究背景，分析圖根控制測(cè)量的實(shí)施步驟。

3.2.1 控制網(wǎng)布設(shè)及精度測(cè)試

如圖1，以已知點(diǎn)G3為基準(zhǔn)站。

（1）分別在已知點(diǎn)G2，G4，G5上進(jìn)行連續(xù)10 min的RTK觀測(cè)，計(jì)算各點(diǎn)的點(diǎn)位精度；（2）將G2，G4，G5連成三角形，形成一三角網(wǎng)，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行角度，邊長以及坐標(biāo)的比較，最后參照?qǐng)D根控制的技術(shù)要求評(píng)定成果；（3）在GX、GY、GA、GZ四個(gè)未知點(diǎn)上各進(jìn)行5 min的測(cè)量，與已知點(diǎn)形成一導(dǎo)線，并與全站儀三聯(lián)腳架法測(cè)得的成果進(jìn)行比較，檢驗(yàn)其精確度，看RTK可否代替導(dǎo)線測(cè)量。通過（1），（2），（3）判斷RTK可否代替常規(guī)測(cè)量方法進(jìn)行圖根控制測(cè)量；（4）在信號(hào)差的地方選一點(diǎn)CESHI點(diǎn)，進(jìn)行5 min的連續(xù)觀測(cè)，計(jì)算點(diǎn)位精度，評(píng)定測(cè)量結(jié)果，看其精度是否滿足圖根控制要求；（5）將觀測(cè)時(shí)間分成3 min，5 min，8 min，10 min四個(gè)時(shí)間段，分別計(jì)算其點(diǎn)位精度，并比較找出實(shí)用的觀測(cè)時(shí)間；（6）分別采樣，采樣率分別是3 s和5 s的觀測(cè)數(shù)據(jù)，比較其精度，找出實(shí)用的采樣歷元。

3.2.2 測(cè)量實(shí)施

（1）儀器：此次采用的RTK測(cè)量系統(tǒng)由一套基準(zhǔn)站和兩套流動(dòng)站組成?；鶞?zhǔn)站主要包括：南方測(cè)繪公司生產(chǎn)的S5基準(zhǔn)站一套。每套流動(dòng)站主要包括：南方S82接收機(jī)及手簿。

（2）過程：①啟動(dòng)基準(zhǔn)站，確認(rèn)基準(zhǔn)站工作正常，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)通信是否正常；②連接好流動(dòng)站儀器，用手薄設(shè)置好流動(dòng)站信息。準(zhǔn)備就緒后開始測(cè)量；③啟動(dòng)連續(xù)測(cè)量模式，設(shè)置記錄間隔為5 s，測(cè)最直至任務(wù)完成；④重新設(shè)置記錄間隔為3 s，進(jìn)行若干點(diǎn)的測(cè)量；⑤RTK測(cè)量完成后，用全站儀在其中幾點(diǎn)上進(jìn)行一附合導(dǎo)線的觀測(cè)；⑥數(shù)據(jù)處理。

4 精度分析

表1中mx，my，mh為各方向的點(diǎn)位中誤差，mo為總的平面點(diǎn)位中誤差，△X，△Y， △H為測(cè)量值與已知坐標(biāo)的偏差（下同）。

通過表1，我們可以看出，絕大多數(shù)的方向測(cè)量中誤差都在l cm以內(nèi)，X方向最大誤差為0.0120，只有一個(gè)超出1 cm；Y方向最大誤差為0.0112，有兩個(gè)超過l cm?？偟钠矫纥c(diǎn)位中誤差在2 cm以內(nèi)，最大為0.0164.CESHI點(diǎn)是我們特意選取的測(cè)量環(huán)境比較差的測(cè)試點(diǎn)，其觀測(cè)誤差與其他相比大了許多，但根據(jù)圖根控制測(cè)量的技術(shù)要求，其仍然滿足1/50。圖幅圖根控制的精度要求。

G2，G4，G5為已知點(diǎn)，RTK的測(cè)量較差中X和Y方向符合的比較好，滿足1/500控制的要求，而高程的測(cè)量有一些稍稍的偏出，允許值是5 cm，這也是與RTK自身的作業(yè)模式有關(guān)的。它要求大地高到海拔高的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國的高程異常圖在有些地區(qū)存在較大誤差，這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)換至海拔高程的精度也不均勻，這是所測(cè)高程出現(xiàn)大偏差的一個(gè)原因。其次我們的測(cè)量環(huán)境也是出現(xiàn)偏差的一個(gè)因素。如果提供一個(gè)好的測(cè)量條件，加上適當(dāng)?shù)母叱绦拚诟叱谭矫鎽?yīng)該也可達(dá)到要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 董平，吳成云.GPS RTK技術(shù)在大比例尺地形測(cè)圖圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用與探討[J].科技資訊，2008（2）：13-14.

[2] 楊慶文，姚排，梁作平.RTK技術(shù)在地形測(cè)量中的應(yīng)用[J].吉林地質(zhì)，2005（4）：121-124.

[3] 李純斌，王紅軍，張正文.RTK技術(shù)在臨夏市圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].礦山測(cè)量，2009（5）：4，34-36.

3.2.2 測(cè)量實(shí)施

（1）儀器：此次采用的RTK測(cè)量系統(tǒng)由一套基準(zhǔn)站和兩套流動(dòng)站組成。基準(zhǔn)站主要包括：南方測(cè)繪公司生產(chǎn)的S5基準(zhǔn)站一套。每套流動(dòng)站主要包括：南方S82接收機(jī)及手簿。

（2）過程：①啟動(dòng)基準(zhǔn)站，確認(rèn)基準(zhǔn)站工作正常，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)通信是否正常；②連接好流動(dòng)站儀器，用手薄設(shè)置好流動(dòng)站信息。準(zhǔn)備就緒后開始測(cè)量；③啟動(dòng)連續(xù)測(cè)量模式，設(shè)置記錄間隔為5 s，測(cè)最直至任務(wù)完成；④重新設(shè)置記錄間隔為3 s，進(jìn)行若干點(diǎn)的測(cè)量；⑤RTK測(cè)量完成后，用全站儀在其中幾點(diǎn)上進(jìn)行一附合導(dǎo)線的觀測(cè)；⑥數(shù)據(jù)處理。

4 精度分析

表1中mx，my，mh為各方向的點(diǎn)位中誤差，mo為總的平面點(diǎn)位中誤差，△X，△Y， △H為測(cè)量值與已知坐標(biāo)的偏差（下同）。

通過表1，我們可以看出，絕大多數(shù)的方向測(cè)量中誤差都在l cm以內(nèi)，X方向最大誤差為0.0120，只有一個(gè)超出1 cm；Y方向最大誤差為0.0112，有兩個(gè)超過l cm。總的平面點(diǎn)位中誤差在2 cm以內(nèi)，最大為0.0164.CESHI點(diǎn)是我們特意選取的測(cè)量環(huán)境比較差的測(cè)試點(diǎn)，其觀測(cè)誤差與其他相比大了許多，但根據(jù)圖根控制測(cè)量的技術(shù)要求，其仍然滿足1/50。圖幅圖根控制的精度要求。

G2，G4，G5為已知點(diǎn)，RTK的測(cè)量較差中X和Y方向符合的比較好，滿足1/500控制的要求，而高程的測(cè)量有一些稍稍的偏出，允許值是5 cm，這也是與RTK自身的作業(yè)模式有關(guān)的。它要求大地高到海拔高的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國的高程異常圖在有些地區(qū)存在較大誤差，這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)換至海拔高程的精度也不均勻，這是所測(cè)高程出現(xiàn)大偏差的一個(gè)原因。其次我們的測(cè)量環(huán)境也是出現(xiàn)偏差的一個(gè)因素。如果提供一個(gè)好的測(cè)量條件，加上適當(dāng)?shù)母叱绦拚诟叱谭矫鎽?yīng)該也可達(dá)到要求。

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[3] 李純斌，王紅軍，張正文.RTK技術(shù)在臨夏市圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].礦山測(cè)量，2009（5）：4，34-36.

3.2.2 測(cè)量實(shí)施

（1）儀器：此次采用的RTK測(cè)量系統(tǒng)由一套基準(zhǔn)站和兩套流動(dòng)站組成?；鶞?zhǔn)站主要包括：南方測(cè)繪公司生產(chǎn)的S5基準(zhǔn)站一套。每套流動(dòng)站主要包括：南方S82接收機(jī)及手簿。

（2）過程：①啟動(dòng)基準(zhǔn)站，確認(rèn)基準(zhǔn)站工作正常，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)通信是否正常；②連接好流動(dòng)站儀器，用手薄設(shè)置好流動(dòng)站信息。準(zhǔn)備就緒后開始測(cè)量；③啟動(dòng)連續(xù)測(cè)量模式，設(shè)置記錄間隔為5 s，測(cè)最直至任務(wù)完成；④重新設(shè)置記錄間隔為3 s，進(jìn)行若干點(diǎn)的測(cè)量；⑤RTK測(cè)量完成后，用全站儀在其中幾點(diǎn)上進(jìn)行一附合導(dǎo)線的觀測(cè)；⑥數(shù)據(jù)處理。

4 精度分析

表1中mx，my，mh為各方向的點(diǎn)位中誤差，mo為總的平面點(diǎn)位中誤差，△X，△Y， △H為測(cè)量值與已知坐標(biāo)的偏差（下同）。

通過表1，我們可以看出，絕大多數(shù)的方向測(cè)量中誤差都在l cm以內(nèi)，X方向最大誤差為0.0120，只有一個(gè)超出1 cm；Y方向最大誤差為0.0112，有兩個(gè)超過l cm?？偟钠矫纥c(diǎn)位中誤差在2 cm以內(nèi)，最大為0.0164.CESHI點(diǎn)是我們特意選取的測(cè)量環(huán)境比較差的測(cè)試點(diǎn)，其觀測(cè)誤差與其他相比大了許多，但根據(jù)圖根控制測(cè)量的技術(shù)要求，其仍然滿足1/50。圖幅圖根控制的精度要求。

G2，G4，G5為已知點(diǎn)，RTK的測(cè)量較差中X和Y方向符合的比較好，滿足1/500控制的要求，而高程的測(cè)量有一些稍稍的偏出，允許值是5 cm，這也是與RTK自身的作業(yè)模式有關(guān)的。它要求大地高到海拔高的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國的高程異常圖在有些地區(qū)存在較大誤差，這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)換至海拔高程的精度也不均勻，這是所測(cè)高程出現(xiàn)大偏差的一個(gè)原因。其次我們的測(cè)量環(huán)境也是出現(xiàn)偏差的一個(gè)因素。如果提供一個(gè)好的測(cè)量條件，加上適當(dāng)?shù)母叱绦拚诟叱谭矫鎽?yīng)該也可達(dá)到要求。

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[2] 楊慶文，姚排，梁作平.RTK技術(shù)在地形測(cè)量中的應(yīng)用[J].吉林地質(zhì)，2005（4）：121-124.

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