GPS- RTK測(cè)量技術(shù)應(yīng)用探討

◎ 72946部隊(duì) 岳 亭

1、引言

全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（Real Time Kinematic）定位測(cè)量技術(shù)是全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)與數(shù)據(jù)通信技術(shù)相結(jié)合的載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果。在RTK測(cè)量模式下，參考站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站，流動(dòng)站不僅采集衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，還通過數(shù)據(jù)鏈接收來自參考站的數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。RTK能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

RTK測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，幾乎完全改變了傳統(tǒng)的控制測(cè)量方法，RTK 測(cè)量可用于的測(cè)量工作有：（1）控制測(cè)量：RTK 技術(shù)可用于四等以下控制測(cè)量、工程測(cè)量等工作。（2）地形測(cè)量：采用 RTK，并配合一定的測(cè)圖軟件，可以測(cè)設(shè)各種地形圖，如數(shù)字化測(cè)圖；線路帶狀地形圖的測(cè)設(shè)；配合測(cè)深儀可以用于水下地形圖；航海海洋測(cè)圖等。 RTK外業(yè)也可進(jìn)行屬性編碼。（3）放樣測(cè)量：將設(shè)計(jì)方案放樣到實(shí)地。在外業(yè)可直接進(jìn)行點(diǎn)放樣，線放樣也可進(jìn)行線路設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍。由于RTK在行進(jìn)中不斷計(jì)算測(cè)站位置、偏移量及填挖方量，此時(shí)放樣可以與設(shè)計(jì)很好的結(jié)合起來。

然而 RTK的測(cè)量技術(shù)還存在一定的局限性，比如遮擋、強(qiáng)磁場(chǎng)干擾、太陽黑子，多路徑效應(yīng)及超遠(yuǎn)距離等因素都對(duì)測(cè)量質(zhì)量有一定的影響，甚至達(dá)到無法測(cè)量。還有一些人為操縱不規(guī)范、技術(shù)控制不當(dāng)?shù)脑?，也?huì)影響測(cè)量精度。本文試就此作簡(jiǎn)要探討。

2、RTK控制測(cè)量技術(shù)控制

2.1 RTK控制測(cè)量前，應(yīng)根據(jù)任務(wù)需要，收集測(cè)區(qū)高等級(jí)控制點(diǎn)的地心坐標(biāo)、參心坐標(biāo)、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)和高程成果等，進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)。

2.2 RTK平面控制點(diǎn)按精度劃分等級(jí)為：一級(jí)控制點(diǎn)、二級(jí)控制點(diǎn)、三級(jí)控制點(diǎn)。RTK高程控制點(diǎn)按精度劃分等級(jí)為五等高程點(diǎn)。

2.3 平面控制點(diǎn)可以逐級(jí)布設(shè)、越級(jí)布設(shè)或一次性全面布設(shè)，每個(gè)控制點(diǎn)宜保證有一個(gè)以上的等級(jí)點(diǎn)與之通視。

2.4 RTK測(cè)量可采用單參考站RTK測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量兩種方法進(jìn)行。在通信條件困難時(shí)，也可以采用后處理動(dòng)態(tài)測(cè)量模式進(jìn)行測(cè)量。

2.5 已建立CORS網(wǎng)的地區(qū)，宜優(yōu)先采用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)測(cè)量。

2.6 RTK測(cè)量衛(wèi)星的狀態(tài)應(yīng)符合表1規(guī)定。（見表1，表2）

表1 RTK測(cè)量衛(wèi)星狀態(tài)的基本要求

2.9 RTK平面控制點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)定

2.9.1 RTK控制點(diǎn)平面坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站采集衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)鏈接收來自參考站的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法將觀測(cè)得到的地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為指定坐標(biāo)系中的平面坐標(biāo)。

2.9.2 在獲取測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，可以直接利用已知的參數(shù)。在沒有已知轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，可以自己求解。地心坐標(biāo)系（2000國家大地坐標(biāo)系）與參心坐標(biāo)系（如1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系）轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，應(yīng)采用不少于3點(diǎn)的高等級(jí)起算點(diǎn)，所選起算點(diǎn)應(yīng)分布均勻，且能控制整個(gè)測(cè)區(qū)。轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)范圍及具體情況，對(duì)起算點(diǎn)進(jìn)行可靠性檢驗(yàn)，采用合理的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行多種點(diǎn)組合方式分別計(jì)算和優(yōu)選。

表2 RTK平面控制點(diǎn)測(cè)量主要技術(shù)要求

3、作業(yè)中應(yīng)注意的問題

3.1 要注意確定正確的坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)。

（1）全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）測(cè)量采用地心坐標(biāo)系，即2000國家大地坐標(biāo)系，當(dāng)RTK測(cè)量成果要求提供其它參心坐標(biāo)系（如1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系）時(shí)，應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

（2）高程系統(tǒng)采用正常高系統(tǒng)，按照1985國家高程基準(zhǔn)起算。

（3）RTK測(cè)量宜采用協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC。當(dāng)采用北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間BST時(shí)，應(yīng)考慮時(shí)區(qū)差與UTC進(jìn)行換算。

3.2 要注意操作的規(guī)范。

（1）工程作業(yè)前應(yīng)將儀器進(jìn)行一次總復(fù)位，以確保儀器工作狀態(tài)最佳。

（2）基準(zhǔn)站盡可能架高，以提高數(shù)據(jù)鏈的傳輸速度和距離。但應(yīng)避開強(qiáng)磁場(chǎng)（雷達(dá)、高壓線、微波塔和磁鐵礦等）的干擾。

（3）基準(zhǔn)站的衛(wèi)星截止高度角設(shè)置不應(yīng)小于 15 度。

（4）測(cè)區(qū)第一次設(shè)置基準(zhǔn)站或重新設(shè)置基準(zhǔn)站后，均需聯(lián)測(cè)一個(gè)已知點(diǎn)作為檢核。

（5）測(cè)量時(shí)置信程度必須設(shè)置在99.9%，在固定解狀態(tài)且HRMS≤0.02、VRMS≤0.02 時(shí)方可數(shù)據(jù)采集，并在同一時(shí)間段重置整周模糊度，再采集一次數(shù)據(jù)以供檢核。對(duì)于沒有檢核條件的測(cè)量點(diǎn)，應(yīng)分不同時(shí)間段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，以避免測(cè)錯(cuò)。

（6）如在測(cè)量過程中出現(xiàn)誤操作時(shí)，要從基準(zhǔn)站讀取數(shù)據(jù)，檢查天線類型、天線高等參數(shù)的正確性，并重新設(shè)置流動(dòng)站。

（7）在流動(dòng)站作業(yè)時(shí)，接收機(jī)天線姿態(tài)要盡量保持垂直(流動(dòng)桿放穩(wěn)、放直)。一定的斜傾度，將會(huì)產(chǎn)生很大的點(diǎn)位偏移誤差。如當(dāng)天線高2m，傾斜 10°時(shí)，定位精度可影響3.47cm。（S=20 sin10° =3.47cm）。

（8）在進(jìn)行 RTK 作業(yè)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真總結(jié)作業(yè)方法，統(tǒng)計(jì)測(cè)量精度 做好測(cè)量報(bào)告的編寫工作，以便完善 RTK操作規(guī)程。

3.3 正確判斷觀測(cè)質(zhì)量。

（1）直接查看觀測(cè)手簿上的收斂值。目前大多數(shù) RTK儀器都已采用 OTF 方法計(jì)算整周模糊度，大大縮短了解算時(shí)間。因此，在無干擾的測(cè)區(qū)，儀器鎖定衛(wèi)星在 5顆以上時(shí)，5 秒鐘內(nèi) RTK測(cè)量即獲得固定解，手簿顯示的收斂值一般在 2 cm以內(nèi)。此時(shí)的收斂值真實(shí)地反映了天線中心測(cè)量的內(nèi)符合精度。

（2）重復(fù)測(cè)量判定觀測(cè)質(zhì)量。少數(shù)測(cè)區(qū)存在一些干擾源，造成 RTK測(cè)量質(zhì)量不正常。導(dǎo)致觀測(cè)成果出現(xiàn)較大誤差甚至有偽值現(xiàn)象。在這種情況觀測(cè)時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，可從手簿上反映出收斂很慢，求得固定解其收斂值較大。且出現(xiàn)固定解和單點(diǎn)定位解來回變化，電臺(tái)信號(hào)閃爍不穩(wěn)定，這些情況雖造成手簿上顯示的收斂值但成果可能不完全真實(shí)值。有時(shí)測(cè)量值可能達(dá)到幾十厘米甚至幾米粗差。當(dāng)出現(xiàn)此種情況時(shí)，要慎重對(duì)待采集的數(shù)據(jù)，最好的方法是： ①增加測(cè)量觀測(cè)數(shù)，重置整周模糊度重復(fù)采集數(shù)據(jù)。②利用不同的時(shí)間段來測(cè)量。③換基準(zhǔn)站減少流動(dòng)站與基準(zhǔn)站距離。④用另一臺(tái)流動(dòng)站重復(fù)采集數(shù)據(jù)來判定數(shù)據(jù)質(zhì)量以檢核數(shù)據(jù)質(zhì)量。

4 結(jié)束語

GPS- RTK測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用提高了測(cè)量工作的質(zhì)量，大大地提高了工作效率，給各應(yīng)用領(lǐng)域帶來了巨大的效益。但它的個(gè)別成果的不可靠同樣會(huì)給我們帶來許多不便。要減少錯(cuò)誤的概率發(fā)生，需要我們?cè)诠ぷ髦叙B(yǎng)成良好的作業(yè)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，嚴(yán)格按操作規(guī)范作業(yè)，同時(shí)要善于發(fā)現(xiàn)問題和總結(jié)問題，結(jié)合實(shí)踐及時(shí)解決問題，以便使GPS- RTK技術(shù)更好地服務(wù)于工作實(shí)際。