GPS RTK技術(shù)在大比例尺地形測(cè)量中的應(yīng)用分析

摘要：通過(guò)對(duì)GPS RTK原理分析以及RTK技術(shù)在控制測(cè)量、數(shù)字測(cè)圖等工程中的基本應(yīng)用，對(duì)RTK技術(shù)的特性和使用方法做了闡述，指出了RTK技術(shù)在大比例尺地形測(cè)量中的重要作用;并對(duì)測(cè)量精度進(jìn)行了一定的分析，得出一些有益的結(jié)論和體會(huì)。

關(guān)鍵詞：RTK技術(shù);流動(dòng)站;基準(zhǔn)站;北斗定位系統(tǒng)

一、前言

GPS（Global Position System）即為全球定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它是一套利用美國(guó)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行全天候、全方位的測(cè)量定位設(shè)備。目前我國(guó)的北斗定位系統(tǒng)也在漸漸普及，與GPS原理一樣。根據(jù)GPS提供的坐標(biāo)或坐標(biāo)演變量精度和方式的不同可以分為毫米級(jí)，厘米級(jí)，靜態(tài)，動(dòng)態(tài)后處理，RTK（RealTime Kinematic實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)），RTD（Real TimeDiffernce實(shí)時(shí)差分）等幾種設(shè)備分類和測(cè)量方式，其中RTK是一種定位精度比DGPS高100倍的載波相位差分GPS技術(shù)。

目前，該技術(shù)己廣泛應(yīng)用于地形測(cè)量、航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、房產(chǎn)測(cè)量、勘界與撥地測(cè)量、工程測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。本文主要通過(guò)一些實(shí)例體會(huì)來(lái)探討RTK技術(shù)在工程中的應(yīng)用。

二、RTK測(cè)量實(shí)例

（一）RTK在控制測(cè)量中的應(yīng)用

在某農(nóng)業(yè)園17.25公頃1：500地形測(cè)量中，由于該農(nóng)業(yè)園遠(yuǎn)離城市，獨(dú)立位于大山中，居住辦公區(qū)建筑物較為密集，并存在大面積的密林，造成通視困難，手機(jī)信號(hào)站較遠(yuǎn)、信號(hào)質(zhì)量較差，那么架設(shè)基準(zhǔn)站，采用RTK的進(jìn)行測(cè)量較為方便。此次測(cè)量以居住辦公區(qū)為主，基準(zhǔn)站設(shè)置在測(cè)區(qū)的中部、地勢(shì)較高的二層樓樓頂，符合基準(zhǔn)站的架設(shè)條件，與己知點(diǎn)的距離在2.0-3.Okm之間。聯(lián)測(cè)四個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)和三個(gè)三、四等水準(zhǔn)點(diǎn)，采用兩臺(tái)雙頻GPS接收機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量模式，流動(dòng)站用支撐桿豎直。布點(diǎn)時(shí)為了方便測(cè)圖使用和便于RTK測(cè)量等因素，盡量避開高壓線、高大建筑物及高密樹林等因素對(duì)RTK測(cè)量的影響。實(shí)在無(wú)法回避的地方，采用增加觀測(cè)時(shí)間、增加觀測(cè)次數(shù)的方法以提高觀測(cè)精度。由于GPS并不需要點(diǎn)間通視，不必為通視的原因而搬好幾次站，大大減少了測(cè)量時(shí)間。流動(dòng)站僅需一次完成，所以減少了人力、財(cái)力。

RTK控制測(cè)量時(shí)，首先用己知控制點(diǎn)建立投影的局部歸化參數(shù)，儀器將直接記錄坐標(biāo)和高程，查看解算后每個(gè)控制點(diǎn)的水平殘差和垂直殘差。本次測(cè)量解算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，水平殘差最大為±2.5cm，垂直殘差最大為±0.6cm。為了提高待測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)精度，將天線設(shè)置在對(duì)點(diǎn)器上，觀測(cè)時(shí)間大于20秒，采用不同的時(shí)間段進(jìn)行兩次觀測(cè)取平均值;機(jī)內(nèi)精度指標(biāo)預(yù)設(shè)為點(diǎn)位中誤差±1.5cm，高程中誤差±2.Ocm;觀測(cè)中，取平面和高程中誤差均小于±l.Ocm時(shí)進(jìn)行記錄。

RTK點(diǎn)兩次觀測(cè)值坐標(biāo)較差最大值為±2.8cm，最小值為0.3cm?？紤]到兩次觀測(cè)采用了同一基準(zhǔn)站，觀測(cè)條件基本相同，可以將其視為同精度雙觀測(cè)值的情況，進(jìn)而求得觀測(cè)值中誤差和平均值中誤差。

同時(shí)，我們采用常規(guī)手段對(duì)RTK控制點(diǎn)進(jìn)行了四等水準(zhǔn)測(cè)量。平差后，每公里高差中誤差為±4.2mm，最弱點(diǎn)高程中誤差為±6.5mm。在進(jìn)行RTK平面控制測(cè)量的同時(shí)，我們也利用RTK技術(shù)進(jìn)行了高程測(cè)量。兩次RTK高程測(cè)量的成果高程較差最大為-4.7cm，最小為Ocm.觀測(cè)值中誤差為±1.4cm，平均值中誤差為±l.Ocm。

四等水準(zhǔn)測(cè)量與RTK高程測(cè)量成果較差高程較差最大為-4.8cm，最小為-O.lcm，高程較差中誤差為±2.3cm。

如果四等水準(zhǔn)網(wǎng)高程中誤差取±2.Ocm，RTK高程測(cè)量的中誤差采用其預(yù)設(shè)精度±2.Ocm，則利用誤差傳播定律可以得到高程較差理論中誤差為±2.8cm，高程較差允許誤差為±5 .6cm?？梢?jiàn)求得的高程較差中誤差小于高程較差理論中誤差。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，由RTK測(cè)量的高程計(jì)算出的相鄰高差受相鄰點(diǎn)間的長(zhǎng)度影響較小，高差精度主要與四等水準(zhǔn)測(cè)段長(zhǎng)度有關(guān)。利用高差較差參照不同精度雙觀測(cè)值情況計(jì)算出高差較差單位（每公里）中誤差為±1.89cm。

如果RTK高程測(cè)量的中誤差采用其預(yù)設(shè)精度±2.Ocm，四等水準(zhǔn)高差中誤差取±l.Ocm，得高差較差理論單位中誤差為±3.Ocm。顯然，計(jì)算的高差較差單位中誤差小于高差較差理論單位中誤差，證明RTK高程測(cè)量能夠滿足《城市測(cè)量規(guī)范》對(duì)四等水準(zhǔn)網(wǎng)的精度要求。

（二）RTK在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用

利用RTK快速定位和實(shí)時(shí)得到坐標(biāo)結(jié)果的特點(diǎn)，可以進(jìn)行地形的碎部測(cè)量來(lái)代替常規(guī)的數(shù)字測(cè)圖。以1臺(tái)GPS基準(zhǔn)站，另一臺(tái)或幾臺(tái)移動(dòng)的GPS接收機(jī)分別開始進(jìn)行碎部點(diǎn)測(cè)量。地形點(diǎn)的測(cè)量可以在數(shù)據(jù)采集的功能下進(jìn)行，也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形的實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)量設(shè)定，在測(cè)量管道中心線或道路邊線時(shí)可以設(shè)定按距離進(jìn)行采集，距離可以人為設(shè)定;在勻速運(yùn)動(dòng)測(cè)量的過(guò)程中，可以設(shè)定按時(shí)間采集，時(shí)間間隔也可人為設(shè)定。采集完將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為“點(diǎn)號(hào)，東坐標(biāo)，北坐標(biāo)，高程”形式，保存到硬盤，使用Cass軟件經(jīng)過(guò)成圖處理，生成數(shù)字化地形圖。

地形點(diǎn)的采集可以單人作業(yè)，在建筑區(qū)內(nèi)較為開闊的區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)RTK的采點(diǎn)速度相當(dāng)快，由于初始化速度快（小于30s），并且在線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不失鎖，每個(gè)碎部點(diǎn)采集時(shí)間不超過(guò)2s（含點(diǎn)位代碼輸人），因此，采點(diǎn)速度幾乎等于走路的速度，可以充分發(fā)揮RTK快速高精度定位的優(yōu)勢(shì)。

也可以在作業(yè)中采用RTK測(cè)量模式的優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確快速地建立圖根控制點(diǎn)，在圖根控制點(diǎn)上由全站儀配合電子手簿進(jìn)行碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。該法不像常規(guī)圖根導(dǎo)線測(cè)量那么煩瑣，受地形的限制，也不用支儀器設(shè)站，從而減少了因多次設(shè)站帶來(lái)的測(cè)量累計(jì)誤差，提高了全站儀碎部點(diǎn)采點(diǎn)的點(diǎn)位絕對(duì)精度，使地形測(cè)量方便快捷，大大提高了地形測(cè)量的工作效率。在地形圖、地籍圖等的測(cè)量應(yīng)用中，均取得了很好的效果。

三、動(dòng)態(tài)RTK測(cè)量的流程（見(jiàn)圖1）

四、幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

1.通過(guò)對(duì)以上事例的分析，可以得出RIK技術(shù)能夠滿足城市測(cè)量中對(duì)導(dǎo)線和四等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。由于RTK技術(shù)不同于常規(guī)的控制測(cè)量，不可能完全用常規(guī)控制測(cè)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，尤其是在邊長(zhǎng)較短的相鄰點(diǎn)表現(xiàn)比較明顯。RTK技術(shù)的測(cè)量誤差均勻、獨(dú)立，不存在誤差積累，精度可靠程度較高。

2.測(cè)量過(guò)程中，盡可能地檢測(cè)一定數(shù)量的測(cè)區(qū)內(nèi)和相鄰的控制點(diǎn)，以發(fā)現(xiàn)異常情況，并剔除原控制網(wǎng)的粗差點(diǎn)，便于做好與已有地形圖或工程項(xiàng)目的接邊工作。

3.測(cè)量時(shí)需采用一些方法來(lái)提高測(cè)量精度。如延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間。架設(shè)對(duì)點(diǎn)器。選擇有利觀測(cè)時(shí)間。增加觀測(cè)次數(shù)或改變基準(zhǔn)站等。同精度兩次測(cè)量值的較差取jcm以下為宜。

4.如輔助相應(yīng)的軟件，RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢(shì)。

五、結(jié)論

1.RFK技術(shù)操作簡(jiǎn)便，靈活方便，工作狀態(tài)穩(wěn)定。能快速、準(zhǔn)確地測(cè)定圖根點(diǎn)、碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，實(shí)時(shí)提供精度可達(dá)厘米級(jí)經(jīng)檢核的三維坐標(biāo)。與傳統(tǒng)的測(cè)圖方法相比，人員少，費(fèi)用省，效率高。

2.在城市空曠地區(qū)，建筑物不太稠密的住宅區(qū)和大馬路上，RTK能快速地完成碎部測(cè)量作業(yè)。在夜間作業(yè)，比常規(guī)測(cè)量作業(yè)方法更具優(yōu)越性。

3.在個(gè)別高大建筑物或建筑稠密地區(qū)，GPS出現(xiàn)盲區(qū)，初始化時(shí)間長(zhǎng)或失鎖，影響碎部測(cè)量速度，可采用RTK增補(bǔ)圖根導(dǎo)線點(diǎn)，配合全站儀測(cè)量碎部點(diǎn)的方法，從而快速地完成野外作業(yè)，也可以大大提高外業(yè)測(cè)圖的工作效率，進(jìn)而達(dá)到縮短工期，節(jié)約成本的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉大杰，施一民等全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理[M].同濟(jì)大學(xué)出版社.1996.

[2]鄧明鏡，劉國(guó)棟，徐金鴻，倪健.全球定位系統(tǒng)測(cè)量原理及應(yīng)用[M]西南交通大學(xué)出版社，2014，01

[3]武漢測(cè)繪科技大學(xué)測(cè)量平差教研室編著測(cè)量平差基礎(chǔ)[M].測(cè)繪出版社，1996.

作者簡(jiǎn)介：徐天鋒（1980.1-），男，工程師，本科，主要從事國(guó)土資源管理工作。