網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在上海城市勘測控制測量中應(yīng)用研究

摘 要:GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢就是克服了普通RTK測量中測站間距的限制，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，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。本文基于筆者多年從事控制測量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以筆者參與的上海某工程測量為案例，研究探討了GPS網(wǎng)絡(luò)RTK用于圖根控制測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 圖根控制測量 精度分析 靜態(tài)GPS

中圖分類號:TB22文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0135-02

1 常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK對比

人們對GPS的應(yīng)用不僅局限于平面定位方面，而且深入到高程領(lǐng)域。常規(guī)RTK(GPS載波相位實(shí)時差分技術(shù))定位技術(shù)是差分GPS技術(shù)的一種應(yīng)用。隨著OTF技術(shù)的日益成熟，整周模糊度能夠在很短的時間內(nèi)被精確確定，從而保證了RTK能夠在動態(tài)環(huán)境下，獲得cm級甚至mm級的水平定位精度和cm級的高程定位精度。然而隨著流動站和基準(zhǔn)站間間距的增加，這種誤差相關(guān)性將變得越來越差。軌道偏差項(xiàng)，電離層延遲的殘余誤差項(xiàng)和對流層延遲的殘余誤差項(xiàng)都將迅速增加，從而導(dǎo)致難以正確確定整周模糊度，無法獲得固定解;定位精度迅速下降，當(dāng)流動站和基準(zhǔn)站間的距離大于50km時，常規(guī)RTK的單歷元解一般只能達(dá)到分米級的精度。在這種情況下為了獲得高精度的定位結(jié)果就必須采取一些特殊的方法和措施，于是網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生了。

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的基本原理就是:在一個較為廣闊的區(qū)域均勻、稀疏的布設(shè)若干個(一般至少3個)固定觀測站(稱為基準(zhǔn)站)，構(gòu)成一個基準(zhǔn)站網(wǎng)，并以這些基準(zhǔn)站中的一個或多個為基準(zhǔn)，計(jì)算和播發(fā)改正信息，對該地區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星定位用戶進(jìn)行實(shí)時改正。其原理借鑒了廣域差分GPS(Wide Area DGPS，即WADGPS)和具有多個基準(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。

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢就是克服了普通RTK測量中測站間距的限制，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，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(如一個國家、一個城市或者一個地區(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值，整體平差，消除和減弱軌道誤差、電離層和對流層影響以及周跳，建立改正數(shù)動態(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。控制中心根據(jù)用戶的位置，計(jì)算出流動站處的觀測值改正數(shù)，并通過控制中心播發(fā)給流動站用戶。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，一個完整的GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)至少包括了四個部分: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)，一般一個完整的GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)至少有3個固定的己知基準(zhǔn)控制點(diǎn)(標(biāo)準(zhǔn)的是6個)。數(shù)據(jù)處理中心也稱為控制中心，是整個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)站和流動站的重大任務(wù)。用戶部分也就是流動站部分，由GPS接收機(jī)、移動電話和調(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，生成厘米級的位置信息。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)四個基本組成部分的簡單介紹，它們構(gòu)成了整個系統(tǒng)的框架和靈魂。

3 GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)圖根控制測量

3.1 圖根控制的技術(shù)要求

圖根控制點(diǎn)即是直接供測圖使用的控制點(diǎn)，簡稱圖根點(diǎn)。測定圖根點(diǎn)位置的工作，稱為圖根控制測量。中等城市一般以四等網(wǎng)作為首級控制網(wǎng)。在測圖中，要求首級圖根點(diǎn)相對于起算三角點(diǎn)的點(diǎn)位誤差，在圖上應(yīng)不超過±lmm，相對于地面點(diǎn)的點(diǎn)位誤差則不超過±0.1Nmm(N為測圖比例尺分母)。而圖根點(diǎn)對于國家三角點(diǎn)的相對誤差，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圖對相鄰三角點(diǎn)點(diǎn)位的精度要求。

根據(jù)《城市測量規(guī)范》，圖根控制網(wǎng)中圖根點(diǎn)高程中誤差不得大于測圖基本等高距的1/10，1/500的等高距為0.5m，1/1000的等高距為0.5m或lm，隨著比例尺的減少，等高距可相應(yīng)的加大。

我們此次測量的基準(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)要求是可以對我們的測量點(diǎn)作控制的。

3.2 控制測量實(shí)施

下面以上海某工程圖根控制測量實(shí)施為研究背景，分析圖根控制測量的實(shí)施步驟。

3.2.1 控制網(wǎng)布設(shè)及精度測試

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)10min的RTK觀測，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)，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行角度，邊長以及坐標(biāo)的比較，最后參照圖根控制的技術(shù)要求評定成果;(3)在GX、GY、GA、GZ四個未知點(diǎn)上各進(jìn)行5min的測量，與已知點(diǎn)形成一導(dǎo)線，并與全站儀三聯(lián)腳架法測得的成果進(jìn)行比較，檢驗(yàn)其精確度，看RTK可否代替導(dǎo)線測量。通過(1)，(2)，(3)判斷RTK可否代替常規(guī)測量方法進(jìn)行圖根控制測量;(4)在信號差的地方選一點(diǎn)CESHI點(diǎn)，進(jìn)行5min的連續(xù)觀測，計(jì)算點(diǎn)位精度，評定測量結(jié)果，看其精度是否滿足圖根控制要求;(5)將觀測時間分成3min，5min，8min，10min四個時間段，分別計(jì)算其點(diǎn)位精度，并比較找出實(shí)用的觀測時間;(6)分別采樣，采樣率分別是3s和5s的觀測數(shù)據(jù)，比較其精度，找出實(shí)用的采樣歷元。

3.2.2 測量實(shí)施

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

(2)過程:

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

4 精度分析

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為測量值與已知坐標(biāo)的偏差(下同)。

我們可以看出，絕大多數(shù)的方向測量中誤差都在lcm 以內(nèi)，X方向最大誤差為0.0120，只有一個超出1cm;Y方向最大誤差為0.0112，有兩個超過lcm?？偟钠矫纥c(diǎn)位中誤差在2cm以內(nèi)，最大為0.0164.CESHI點(diǎn)是我們特意選取的測量環(huán)境比較差的測試點(diǎn)，其觀測誤差與其他相比大了許多，但根據(jù)圖根控制測量的技術(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，而高程的測量有一些稍稍的偏出，允許值是5cm，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，這是所測高程出現(xiàn)大偏差的一個原因。其次我們的測量環(huán)境也是出現(xiàn)偏差的一個因素。如果提供一個好的測量條件，加上適當(dāng)?shù)母叱绦拚?，在高程方面?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)在大比例尺地形測圖圖根控制測量中的應(yīng)用與探討[J].科技資訊，2008(2).

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