芻議GPS RTK技術(shù)的測量精度及應(yīng)用

孫全付

（云南地質(zhì)工程第二勘察院，云南 昆明 650218）

1 GPSRTK實時動態(tài)技術(shù)的介紹

實時動態(tài)技術(shù)簡稱RTK，又稱載波相位差分技術(shù)，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。先求解起始相位整周模糊度，又稱RTK初始化，然后進(jìn)行實時差分，它要求基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)實時地把觀測精度及已知點數(shù)據(jù)實時地傳輸給流動站GPS接收機(jī)，流動站快速求解整周模糊度，在觀測4顆以上衛(wèi)星后，可實時求解出厘米級的流動站動態(tài)位置。

1.1 RTK測量的原理

RTK技術(shù)采用相位差分GPS，是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由流動站接收并對其測量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。RTK的工作原理是將一臺接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上，另一臺或幾臺接收機(jī)置于流動站上，基準(zhǔn)站和流動站同時接收同一時間相同GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準(zhǔn)站所獲得的觀測值與已知位置信息進(jìn)行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個改正值及時地通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺傳遞給流動站以精化其GPS觀測值，得到經(jīng)差分改正后流動站較準(zhǔn)確的實時位置。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運動狀態(tài)。

1.2 RTK系統(tǒng)的組成。①RTK信號接收系統(tǒng)；②數(shù)據(jù)實時傳輸系統(tǒng)；③數(shù)據(jù)實時處理系統(tǒng)。

1.3 作業(yè)方法

①“無投影／無轉(zhuǎn)換”法。直接用接收機(jī)在基準(zhǔn)站和流動站接收WGS-84坐標(biāo)，其后利用觀測的已知點的WGS-84坐標(biāo)和相應(yīng)的地方坐標(biāo)根據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種方法基準(zhǔn)站不一定要安置在已知點上，可在地勢比較高的如房頂、土包、開拓地等設(shè)置一臺GPSRTK接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，但根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換方法，需要觀測一定數(shù)量的已知點。

②“鍵入?yún)?shù)”法。把用靜態(tài)觀測求得的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)鍵入到手簿中，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也可以置入靜態(tài)觀測平差時求取的轉(zhuǎn)換參數(shù)。該方法基準(zhǔn)站須架設(shè)在已知點上，但可以不觀測其他已知點(為了檢核，建議在方便時還足觀測一定量的已知點)。設(shè)置一臺GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，并將一些必要的數(shù)據(jù)如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)、高程、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)等輸入GPS控制手簿，一臺或幾臺GPS接收機(jī)設(shè)置為流動站。基準(zhǔn)站和流動站同時接收衛(wèi)星信號，基準(zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星信號通過基準(zhǔn)站電臺發(fā)送到流動站，流動站將接收到的衛(wèi)星信號與基準(zhǔn)站發(fā)來的信號傳輸?shù)娇刂剖植具M(jìn)行實時差分及平差處理，實時得到本站的坐標(biāo)和高程及其精度指標(biāo)等，并隨時將實測精度和預(yù)設(shè)精度指標(biāo)進(jìn)行比較，一旦實測精度達(dá)到預(yù)設(shè)精度指標(biāo)的要求，手簿將提示測量人員是否接受該成果，接受后手簿將測得的坐標(biāo)、高程及精度數(shù)據(jù)同時存儲到手簿中。

2 RTK測量特點

①保留了所有經(jīng)典GPS功能，如靜態(tài)測量、快速靜態(tài)測量等，觀測數(shù)據(jù)亦可采用后處理的方式。②經(jīng)典GPS測量不具備實時性，測繪放樣工作還得配備全站儀。RTK則可直接放樣測量，精度可達(dá)厘米級。③RTK可進(jìn)行快速動態(tài)定位，在測量中遇到障礙物造成失鎖，也可重新捕獲到衛(wèi)星后幾分鐘內(nèi)完成初始化，并重新測量。④在接收到GPS信號的任何地點、任何時間均可進(jìn)行RTK測量。⑤進(jìn)行RTK測量時，可采用1+l或l+N的方式進(jìn)行作業(yè)，各移動站之間可獨立作業(yè)，大大提高工作效率。⑥RTK的優(yōu)點是在控制測量時既能實時知道定位結(jié)果，又能實時知道定位精度，比常規(guī)儀器省時、精度均勻，大大提高了工作效率。

3 應(yīng)用實例

使用某公司升級后的GPS動態(tài)接收機(jī) (標(biāo)示精度10mm+5ppm)，選擇3個以上具有水準(zhǔn)離程且均勻分布在RTK測量范圍的四等GPS點作為公共點，求取七參數(shù)進(jìn)行WGS-84坐標(biāo)系到地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，利用其他幾個已知點作為檢核。

3.1 GPSRTK代替測繪靜態(tài)加密一級導(dǎo)線的實例。①實例區(qū)概況。實例區(qū)位于某省北部，測繪 1：1000數(shù)字化地形圖測量面積約21.57km2，主要為居民地、平地，最大高差約20m，平均海撥為3.0m，實例區(qū)附近已利用GPS靜態(tài)測繪的四等GPS點，高程已經(jīng)四等水準(zhǔn)聯(lián)測，坐標(biāo)系統(tǒng)采用該省平面坐標(biāo)系，高程采用1985國家高程基準(zhǔn)。②一級導(dǎo)線觀測情況。RTK分修正法和差分法修正法是基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給流動站，以改正其載波相位，然后求解坐標(biāo)；差分法是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給流動站進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。在四等GPS點下布設(shè)一級導(dǎo)線網(wǎng)，用南方測繪靜態(tài)GPS測定，高程網(wǎng)以測區(qū)附近的四等水準(zhǔn)點為基準(zhǔn)、附合水準(zhǔn)測量方法測量，共布設(shè)56個E級GPS點。③GPSRTK施測結(jié)果與南方測繪靜態(tài)GPS測定結(jié)果比較。本區(qū)用RTK共檢測一級導(dǎo)線點 31點，用控制點(IV04，E001，E008，E028)建模，在計算完轉(zhuǎn)換參數(shù)后再用點E003，E015來進(jìn)行檢查，平面坐標(biāo)差值不超過±1.0cm，高程值不超過±2.0cm，其精度完全達(dá)到RTK采點的要求，RTK可以代替地形控制測量的一、二級導(dǎo)線測量及圖根控制測量。

3.2 GPSRTK采集界址點實例

同一區(qū)域，在二級導(dǎo)線以上控制點上，應(yīng)用GPSRTK技術(shù)對一些能接收衛(wèi)星信號的界址點進(jìn)行了檢測 (流動站距基準(zhǔn)站最大距離為2.59km，最近距離210m，平均距離為1.54km)。全區(qū)共檢測界址點2l點，與用全站儀極坐標(biāo)法觀測的坐標(biāo)值相比較，最大差值為dx=－1.5cm，dy=1.3cm。RTK技術(shù)采集的界址點精度符合《工程測量規(guī)范》中有關(guān)定線放樣的技術(shù)要求。

4 精度分析

由比較結(jié)果可知：RTK測設(shè)的一級GPS點平面成果和靜態(tài)GPS測設(shè)的精度比較接近；在高程方面，RTK測設(shè)的高程和四等水準(zhǔn)高程精度也比較接近；靜態(tài)GPS水準(zhǔn)擬合的高程能滿足地形測圖的精度要求；RTK測設(shè)的平面成果和高程完全可以滿足圖根控制測量的精度。

5 影響精度的因素及應(yīng)對措施

在實際作業(yè)中，我們發(fā)現(xiàn)影響RTK精度的主要因素有：①基準(zhǔn)站坐標(biāo)精度。由RTK的工作原理可知，如果基準(zhǔn)站的坐標(biāo)精度較低，流動站得到的3維坐標(biāo)就都帶有系統(tǒng)偏差。因此基準(zhǔn)站坐標(biāo)具有較高的精度非常重要。②坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)精度。求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)至少需要3個已知公共點，其精度不僅與測區(qū)內(nèi)選擇的公共點的位置和數(shù)量有關(guān)，還與選用的已知公共點的坐標(biāo)精度有密切關(guān)系。③作業(yè)環(huán)境。參考站的選擇要合適。參考站要遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射臺、變電站、飛機(jī)場、高壓線等無線電干擾源，遠(yuǎn)離大面積水域，防止GPS信號的多路徑效應(yīng)影響。④人為因素。測量人員作業(yè)的熟練程度很重要。在作業(yè)時，如果屏幕顯示不是固定解就記錄數(shù)據(jù)，會使測設(shè)點的精度很低，甚至出現(xiàn)錯誤；如果接收機(jī)天線未保持垂直，測設(shè)的成果就不可取，人為地降低了測設(shè)點坐標(biāo)精度；如果電瓶電量不足，也會降低流動站測設(shè)坐標(biāo)的精度和可靠性。

結(jié)論：①GPSRTK技術(shù)因高效率、靈活、誤差不積累及厘米級的高精度越來越受到測繪人員的青睞。RTK高程精度低于平面精度，而地形測量對高程的精度要求較低。因此，應(yīng)用RTK技術(shù)來進(jìn)行地籍一、二級控制和界址點測量是目前較為理想的方法，在勘測定界中優(yōu)勢尤為突出。也就是說，RTK測量方法可以替代常規(guī)的一、二級導(dǎo)線測量及圖根控制、界址點測量。②與靜態(tài)、快速靜態(tài)GPS測量相比較，RTK無足夠的幾何檢核條件。在使用RTK布設(shè)加密控制點要加強(qiáng)檢核，若代替一、二級點，可以采取在不同的基準(zhǔn)站上分別獨立施測或設(shè)立雙基站的方式施測，取中數(shù)使用，這樣不但避免了粗差，而且使點位精度得到提高。③RTK定位的數(shù)據(jù)處理主要是基準(zhǔn)站和流動站間的單基線處理，而基準(zhǔn)站和流動站的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量及無線電信號的傳播質(zhì)量對定位精度的影響極大。因此，要把基準(zhǔn)站設(shè)立在進(jìn)行RTK測量區(qū)域的較高點上，并提高基準(zhǔn)站和流動站天線的架設(shè)高度。④RTK測點必須在求取WGS-84坐標(biāo)到地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的高級控制點的范圍內(nèi)，同時盡量均勻分布，最高、最低點也盡可能選上。綜上所述，GPSRTK技術(shù)可以用于地形測量，其精度滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)程的要求，而且省時省力，大大提高了工作效率，節(jié)省了費用。

[1]余小龍，胡學(xué)奎.GPSRTK技術(shù)的優(yōu)缺點及發(fā)展前景.測繪通報，2007年10期.

[2]楊春生，袁中凡，王華，劉美生.基于GPS-RTK技術(shù)的汽車運動穩(wěn)定性檢測系統(tǒng).