網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在沈陽城市圖根測量中的應(yīng)用

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。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工程測量的相關(guān)工作經(jīng)驗，以筆者參與的沈陽某工程測量為案例，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 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0031-02

1 常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK

常規(guī)RTK（GPS載波相位實時差分技術(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。這使得人們對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。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，電離層延遲的殘余誤差項和對流層延遲的殘余誤差項都將迅速增加，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50 km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)星定位用戶進行實時改正。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。局域差分GPS（LADGPS）定位系統(tǒng)則向用戶提供綜合的DGPS改正信息—觀測值改正，而不是提供單個誤差源的改正。與廣域差分GPS和局域差分GPS不同的是，GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)通過內(nèi)插法或線性組合法求得改正數(shù)，對載波相位進行改正，而非對偽距或位置進行改正。因為這三種類型的差分定位中，利用載波相位進行的差分定位精度最高。

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。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?？刂浦行母鶕?jù)用戶的位置，計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（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、計算機、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、移動電話和調(diào)制解調(diào)器等構(gòu)成。接收機通過無線網(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

圖根控制點即是直接供測圖使用的控制點，簡稱圖根點。測定圖根點位置的工作，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，要求首級圖根點相對于起算三角點的點位誤差，在圖上應(yīng)不超過±l mm，相對于地面點的點位誤差則不超過±0.1 Nmm（N為測圖比例尺分母）。而圖根點對于國家三角點的相對誤差，又受圖根點誤差和國家三角點誤差的共同影響，為使國家三角點的誤差影響可以忽略不計，應(yīng)使相鄰國家三角點的點位誤差小于（1/3）×0.1 Nmm。據(jù)此可得出不同比例尺測圖對相鄰三角點點位的精度要求。

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0.5 m，1/1000的等高距為0.5 m或1 m，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)點選的是靜態(tài)GPS點，其點位精度是遠(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作控制的。

3.2 控制測量實施

下面以沈陽某工程圖根控制測量實施為研究背景，分析圖根控制測量的實施步驟。

3.2.1 控制網(wǎng)布設(shè)及精度測試

如圖1，以已知點G3為基準(zhǔn)站。

（1）分別在已知點G2，G4，G5上進行連續(xù)10 min的RTK觀測，計算各點的點位精度。（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四個未知點上各進行5 min的測量，與已知點形成一導(dǎo)線，并與全站儀三聯(lián)腳架法測得的成果進行比較，檢驗其精確度，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)測量方法進行圖根控制測量。（4）在信號差的地方選一點CESHI點，進行5 min的連續(xù)觀測，計算點位精度，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3 min，5 min，8 min，10 min四個時間段，分別計算其點位精度，并比較找出實用的觀測時間。（6）分別采樣，采樣率分別是3 s和5 s的觀測數(shù)據(jù)，比較其精度，找出實用的采樣歷元。

3.2.2 測量實施

（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。基準(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接收機及手簿。

（2）過程。

①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。②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。③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，進行若干點的測量。⑤RTK測量完成后，用全站儀在其中幾點上進行一附合導(dǎo)線的觀測。⑥數(shù)據(jù)處理。

RTK圖根控制測量簡單的作業(yè)流程圖：（圖2）。

4 精度分析

表1中Mx，My，Mh為各方向的點位中誤差，Mo為總的平面點位中誤差，△X，△Y，△H為測量值與已知坐標(biāo)的偏差（下同）。

通過表1，我們可以看出，絕大多數(shù)的方向測量中誤差都在1 cm以內(nèi)，X方向最大誤差為0.0120，只有一個超出1 cm；Y方向最大誤差為0.0112，有兩個超過1 cm?？偟钠矫纥c位中誤差在2 cm以內(nèi)，最大為0.0164. CESHI點是我們特意選取的測量環(huán)境比較差的測試點，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，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5 cm，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诟叱谭矫鎽?yīng)該也可達(dá)到要求。

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