關(guān)于GPS－RTK在數(shù)字化圖根控制測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用對(duì)策

(廣東省地質(zhì)測(cè)繪院，廣東 廣州 510000)

即時(shí)動(dòng)態(tài)定位 (Real Time Kinematic，RTK)是如今應(yīng)用較為普遍的一種迅速高精度定位技術(shù)，其技術(shù)核心在于采用基于全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System，GPS)的載波相位觀測(cè)量，并且，還考慮到了移動(dòng)站和參考站中出現(xiàn)的觀測(cè)誤差在空間上的相關(guān)性，通過(guò)差分方法來(lái)除去觀測(cè)到的移動(dòng)站誤差數(shù)據(jù)，最終保證了定位的極度精確。這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)變更了工程放樣、地形測(cè)圖的相關(guān)活動(dòng)，滿足了不同控制測(cè)量需求，有效地提升了外出作業(yè)的效率。

1、RTK體系構(gòu)成

基于載波相位觀測(cè)的即時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量法 (Real Time Kinematic，RTK)建立的即時(shí)差分GPS技術(shù)，是測(cè)量技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。該體系的主要組成部分包括:基準(zhǔn)站 (一個(gè))、流動(dòng)站 (若干個(gè))和無(wú)線電的通訊體系。其中基準(zhǔn)站由GPS天線及接收器、無(wú)線電發(fā)射設(shè)備、無(wú)線電臺(tái)電源、基準(zhǔn)站的控制器等多個(gè)模塊組成。而流動(dòng)站主要包括:GPS天線及接收器、無(wú)線電接收設(shè)備、GPS接收器、電源及流動(dòng)站控制器等模塊構(gòu)成。

2、基于RTK的GPS測(cè)量方法

2.1 確定基準(zhǔn)站觀測(cè)位置及系統(tǒng)設(shè)置

(1)確定基準(zhǔn)站的觀測(cè)位置

基于GPS的RTK定位技術(shù)，主要是通過(guò)基準(zhǔn)站、流動(dòng)站中的單基線流通過(guò)程來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)行處理，這樣，結(jié)果的精準(zhǔn)度與基準(zhǔn)站和流動(dòng)站所采集到的數(shù)據(jù)以及無(wú)線電傳輸質(zhì)量有著密切的關(guān)系，在野外的實(shí)際工作中，這兩個(gè)因素會(huì)影響測(cè)站位置的選擇。然而，工作任務(wù)決定了流動(dòng)站作業(yè)點(diǎn)中觀測(cè)位點(diǎn)的選擇，因此，選擇準(zhǔn)確的基準(zhǔn)站位點(diǎn)顯得尤為重要。

(2)基準(zhǔn)站的組建

組建一個(gè)基準(zhǔn)站需要:建立項(xiàng)目并且對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行管理、設(shè)定基準(zhǔn)站電臺(tái)的調(diào)頻、明確工作的流程、輸入坐標(biāo)以及基準(zhǔn)站開(kāi)始運(yùn)行等。

2.2 建立流動(dòng)站GPS

流動(dòng)站的構(gòu)建需要做如下設(shè)置:建立項(xiàng)目并且對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行管理，然后確定流動(dòng)站電臺(tái)頻率，輸入相關(guān)位置，確定基于GPS RTK的工作方式，啟動(dòng)流動(dòng)站RTK的工作后，如何操作RTK流動(dòng)站醫(yī)技對(duì)地形點(diǎn)的測(cè)量等部分。

2.3 建立中繼站電臺(tái)

因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境大都非常復(fù)雜，通常難以避免基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間存在的障礙物影響電臺(tái)通信，此時(shí)可以采用中繼站電臺(tái)進(jìn)行補(bǔ)救，原因有兩個(gè)，首先中繼站電臺(tái)能夠接收基準(zhǔn)站發(fā)出的信號(hào)，還能夠再發(fā)送到流動(dòng)站，促進(jìn)其正常運(yùn)轉(zhuǎn);其次，中繼站電臺(tái)只是完成信號(hào)的發(fā)送，這樣就能依據(jù)不同的需求來(lái)安排其安裝的位置。

3、RTK圖根控制測(cè)量

高性能的RTK設(shè)站操作僅需一人即可完成，當(dāng)處于普通的電磁波環(huán)境下時(shí)，得到一組移動(dòng)站的坐標(biāo)數(shù)據(jù)只需幾秒，大大提高勞動(dòng)效率的提升。通常在4km的作業(yè)半徑區(qū)域中，點(diǎn)位測(cè)量精確度可以超過(guò)2.5厘米。此外，RTK技術(shù)能夠適應(yīng)多種地形以及地籍測(cè)量中的內(nèi)、外業(yè)以及工程放樣任務(wù)，極大程度地降低了測(cè)量工作量，降低了人為因素產(chǎn)生的誤差，從而提高了作業(yè)的精確度，且操作簡(jiǎn)單且數(shù)據(jù)處理力強(qiáng)。

3.1 控制點(diǎn)的組成

測(cè)區(qū)控制點(diǎn)主要包括了已有控制點(diǎn)的坐標(biāo)成果、等級(jí)、中央子午線等內(nèi)容組成。

3.2 求定測(cè)區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

RTK測(cè)量技術(shù)需要根據(jù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，先取得控制點(diǎn)實(shí)用坐標(biāo)數(shù)據(jù):包括1980西安坐標(biāo)系和1954北京坐標(biāo)系，或其他獨(dú)立的坐標(biāo)系。由此可知，對(duì)不同坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換工作是相當(dāng)重要的。針對(duì)諸如1980西安坐標(biāo)系的國(guó)家平面坐標(biāo)系與WGS－84，所采用的方法主要是高斯投影，所要做的工作是，首先，要求定好這兩大坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，即確定兩大測(cè)量基準(zhǔn)間轉(zhuǎn)換的七參數(shù)或者是三參數(shù)。然后，對(duì)空間坐標(biāo)系的偏移角或?qū)πD(zhuǎn)角度進(jìn)行三維定義，且確定其尺度差。通常情況下，區(qū)域內(nèi)的測(cè)量，如果控制點(diǎn)成果本身存在問(wèn)題，則需要用區(qū)域性的地方參數(shù)對(duì)其做轉(zhuǎn)換。

1)借助RTK測(cè)量法，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)相對(duì)關(guān)系精確的，數(shù)量足夠的控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，借助隨機(jī)軟件，將原有的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和現(xiàn)在獲取的數(shù)據(jù)，諸如1980西安坐標(biāo)系的國(guó)家平面坐標(biāo)及WGS－84坐標(biāo)或者是施工數(shù)據(jù)，輸入軟件，進(jìn)行工地校正，得到轉(zhuǎn)換參數(shù)。其中，起算位置設(shè)置在基準(zhǔn)站，由GPS接收機(jī)確定，其精度控制在一定范圍的大地坐標(biāo)，這對(duì)于RTK測(cè)量是沒(méi)有影響的，進(jìn)而獲取WGS－84大地坐標(biāo)。此種方法在操作上存在缺點(diǎn)，RTK對(duì)距離有一定的要求，而這就是缺點(diǎn)。

2)受地形等因素的影響而出現(xiàn)的基準(zhǔn)站不能設(shè)定時(shí)，能使用任意擺放方式來(lái)完成，也就是建立虛擬基準(zhǔn)站，通過(guò)測(cè)量手簿得到WGS－84的坐標(biāo)，通過(guò)流動(dòng)站，進(jìn)而獲取各個(gè)控制點(diǎn)處的WGS－84坐標(biāo)。

3.3 基準(zhǔn)站選取和設(shè)定

GPS RTK定位的數(shù)據(jù)處理過(guò)程是指基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的單基線處理過(guò)程，因此對(duì)于基準(zhǔn)站和流動(dòng)站有很高的標(biāo)準(zhǔn)，兩者數(shù)據(jù)以及信號(hào)傳播質(zhì)量對(duì)定位數(shù)據(jù)處理的結(jié)果有著極大的影響?；鶞?zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離非常重要，因?yàn)镽TK測(cè)量中，距離增大、初始化時(shí)間增長(zhǎng)，測(cè)量的精度會(huì)降低，所以兩者之間要小于10km，并且基準(zhǔn)站的上方大面積遮蓋衛(wèi)星信號(hào)的存在與否，周圍是否有大面積水域或者高壓電線設(shè)施需要認(rèn)真考慮，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)RTK數(shù)據(jù)鏈通訊的無(wú)線電干擾產(chǎn)生影響。

基準(zhǔn)站的設(shè)定包括了:構(gòu)建項(xiàng)目和坐標(biāo)系統(tǒng)管理、基準(zhǔn)站電臺(tái)頻率的設(shè)定、GPS RTK工作方式的選取等等，只有當(dāng)這些基本的設(shè)置都完成以后，才能夠確保整個(gè)基準(zhǔn)站正常運(yùn)用，此時(shí)才能使GPS－RTK基準(zhǔn)站開(kāi)始測(cè)量并利用電臺(tái)完成數(shù)據(jù)的傳輸。

3.4 流動(dòng)站的設(shè)定

流動(dòng)站設(shè)定包含的有:構(gòu)建項(xiàng)目和坐標(biāo)系統(tǒng)管理、流動(dòng)站電臺(tái)頻率的設(shè)置、輸入坐標(biāo)以及GPS RTK工作方式的選擇等。同樣的，也只有完成基本設(shè)置之后，才可以啟動(dòng)GPS－RTK流動(dòng)站，并開(kāi)始測(cè)量作業(yè)。

3.5 測(cè)量前的質(zhì)量檢查

RTK必須確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，這就需要對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行檢核，不能有盲點(diǎn)出現(xiàn)。RTK確定整周模糊度的可靠性最高可達(dá)到95%，RTK比GPS的誤差大，這影響了信號(hào)的傳輸。因此，RTK測(cè)量是比較容易出錯(cuò)的，所以一定要控制質(zhì)量。那么我們通常是通過(guò)RTK來(lái)對(duì)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行比較檢核，問(wèn)題一旦發(fā)生，就必須要進(jìn)行糾正，直到合格后才進(jìn)行測(cè)量。

3.6 對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的處理

數(shù)據(jù)傳輸?shù)韧跀?shù)據(jù)交換，利用接收機(jī)與計(jì)算機(jī)來(lái)完成的。與GPS靜態(tài)測(cè)量相比較，GPS RTK對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理不那么復(fù)雜。就如同中海達(dá)軟件處理接收機(jī)導(dǎo)入的測(cè)量數(shù)據(jù) (*.XLS)，這些數(shù)據(jù)以及得到的坐標(biāo)值是可以直接打印出來(lái)的，這樣就更容易得到控制點(diǎn)成果。

4、精確度分析及其在工程中的應(yīng)用

采用基于GPS的RTK進(jìn)行圖根控制來(lái)對(duì)廣州市花都區(qū)某測(cè)區(qū)的控制測(cè)量，測(cè)區(qū)分別為1∶1000，1∶23000數(shù)字化地形測(cè)量 (面積約18.80 km2)。在RTK測(cè)量完成時(shí)候，出于檢驗(yàn)RTK技術(shù)控制位置實(shí)際精確度的目的，本人采用全站儀 (2″)通過(guò)部分能夠相互通視的位置實(shí)際測(cè)定到的邊長(zhǎng)、高差及測(cè)量坐標(biāo)，反算出邊長(zhǎng)、高差，然后開(kāi)始對(duì)比，最終得出最長(zhǎng)邊長(zhǎng)較差0.013 m，最短邊長(zhǎng)較差0.005 m，邊長(zhǎng)間距中具有0.025 m的誤差存在，高差 (ΔH)最大較差是0.026 m，最小則是0.001 m。因此可以確定所測(cè)位置精確度很高。而且RTK實(shí)際測(cè)定到的精度達(dá)到了導(dǎo)線測(cè)量精度的標(biāo)準(zhǔn)，誤差分布均勻，沒(méi)有出現(xiàn)誤差的積累。

5、結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)意義上的導(dǎo)線測(cè)量不同的是，RTK圖根控制測(cè)量具有較高水平的自動(dòng)化技術(shù)，而且能夠迅速提供得到準(zhǔn)確度檢驗(yàn)的結(jié)果信息，后續(xù)不需要再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。具有天然的在相互不通視的情況下，可以遠(yuǎn)距離傳輸3維坐標(biāo)這個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，且不會(huì)出現(xiàn)累積誤差，定位精準(zhǔn)，采集到的數(shù)據(jù)具有實(shí)際的參考意義。操作較為簡(jiǎn)單且有較高的效率，減少了外業(yè)開(kāi)支及勞動(dòng)強(qiáng)度，勞動(dòng)效率在一定程度上得到提高。

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