RTK-GPRS模塊技術(shù)在地形圖測繪中的應(yīng)用

□蔣國飛（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院）

1 概述

隨著信息科學(xué)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代測繪技術(shù)無論在理論水平、精準(zhǔn)程度，還是在應(yīng)用范圍方面都發(fā)生了質(zhì)的變化。測繪科學(xué)的發(fā)展很大部分是從儀器發(fā)展開始的，儀器的改變使得測繪方法也發(fā)生了重大的變革。

20世紀(jì)80年代初，全球定位系統(tǒng)（GPS)問世，采用衛(wèi)星直接進(jìn)行空間點的三維定位引起了測繪技術(shù)的重大變革。由于衛(wèi)星定位具有全球、全天候、快速、高精度和無需建立高標(biāo)等優(yōu)點，被廣泛用于大地測量、工程測量、地形測量及軍事的導(dǎo)航、定位上，世界上很多國家為了使用全球定位系統(tǒng)的信號，迅速進(jìn)行了接收機(jī)的研制。

RTK 實時動態(tài)測量技術(shù)是全球定位系統(tǒng)（GPS)技術(shù)的又一個升華。RTK 測量技術(shù)是以載波相位觀測為根據(jù)的實時動態(tài)差分定位技術(shù)，它不僅具有GPS 測量的優(yōu)點，同時具有觀測時間短，能實現(xiàn)坐標(biāo)實時解算的優(yōu)點，大大提高了生產(chǎn)效率。

文章介紹了RTK-GPRS 模塊在地形圖測繪中應(yīng)用的精度問題，對測量結(jié)果進(jìn)行了精度分析，提出了RTK 測量的誤差來源和影響RTK 測量精度的因素。

2 RTK-GPRS 模塊在地形圖測繪中的實際應(yīng)用

2.1 工作原理

RTK 的工作原理是在基準(zhǔn)站上安置GPS 接收機(jī)，跟蹤觀測GPS 衛(wèi)星信號，將觀測數(shù)據(jù)和測站信息，通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，將實時數(shù)據(jù)發(fā)送給流動站，流動站GPS 接收機(jī)在接收GPS 衛(wèi)星信號的同時，通過數(shù)據(jù)接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，把衛(wèi)星信號數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，經(jīng)差分改正后，RTK 觀測手簿中實時顯示測量點三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

在實際的測量工作中，我們將基準(zhǔn)站架設(shè)于測區(qū)某高處且滿足基準(zhǔn)站架設(shè)要求的地方，在測定未知點的時候，測量過程中共同衛(wèi)星數(shù)一般都在5 顆以上，PDOP 值都在6 以下才進(jìn)行測量記錄，共同衛(wèi)星數(shù)越多，解算模糊度值的速度越快、越可靠；空間分布范圍越大，PDOP 值越小，定位精度越高，誤差越小，因此所測數(shù)據(jù)精度較高。

2.2 技術(shù)要求

2.2.1 RTK 測量衛(wèi)星的狀態(tài)

當(dāng)截止高度角15 °以上的衛(wèi)星個數(shù)必須≥5 顆，且空間位置精度因子（PDOP）值≤6，觀測窗口狀態(tài)可用；截止高度角15 °以上的衛(wèi)星個數(shù)<5 顆，且PDOP>6 時，觀測窗口狀態(tài)不可用。

2.2.2 基準(zhǔn)站的技術(shù)要求

①基準(zhǔn)站宜選擇在視野開闊，視場內(nèi)無障礙物，測區(qū)位置相對較高，且測區(qū)內(nèi)有移動通信接收信號的位置；②基準(zhǔn)站200m范圍內(nèi)不應(yīng)有大功率無線電發(fā)射源，如電視臺、電臺、信號發(fā)射臺、變壓器、變電站、高壓線等；③基準(zhǔn)站附近不應(yīng)有大型高程建筑物；④應(yīng)正確設(shè)置軟件中對應(yīng)的儀器、電臺、天線類型，電臺頻率，數(shù)據(jù)端口，藍(lán)牙端口，基準(zhǔn)站坐標(biāo)、單位、尺度因子、投影參數(shù)及接收機(jī)天線高等參數(shù)。

2.2.3 流動站的技術(shù)要求

①使用網(wǎng)絡(luò)RTK 測量時，流動站應(yīng)獲得系統(tǒng)服務(wù)的授權(quán)，并在有效服務(wù)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行；②流動站觀測應(yīng)避免在隱蔽地帶、成片水域和強(qiáng)電磁波干擾源附近進(jìn)行；③觀測前應(yīng)設(shè)置流動站的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，以及流動站與基準(zhǔn)站的通信，作業(yè)前應(yīng)對儀器進(jìn)行初始化，并得到固定解，當(dāng)長時間不能獲得固定解時，宜斷開通信鏈接，再次進(jìn)行初始化操作；④每次觀測之間流動站應(yīng)重新初始化，作業(yè)過程中，如出現(xiàn)衛(wèi)星信號失鎖，應(yīng)重新初始化，并經(jīng)重合點測量檢測合格后，方可繼續(xù)作業(yè)；⑤每次作業(yè)開始前或者重新架設(shè)基準(zhǔn)站后，均應(yīng)進(jìn)行至少一個同等級或高等級已知點的檢核，平面坐標(biāo)較差≤7cm。

2.3 圖根點測量

2005年中橋水庫庫區(qū)1:1000 地形圖的測圖面積約8.50km2，如果按照傳統(tǒng)的測量方法根本不能在規(guī)定的時間內(nèi)完成該工作任務(wù)，并且還需要大量的人員，耗費大量的時間。為了提高工作效率，測量人員采用TopconHiperPro（RTK)GPRS 模塊進(jìn)行測量。GPRS 模塊常規(guī)有效作用距離長達(dá)30km，通過GPRS 數(shù)據(jù)傳輸可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量作業(yè)，基準(zhǔn)站儀器架設(shè)無高度要求，基準(zhǔn)站在15°截止高度角以上空間沒有遮擋物，且附近沒有大面積水域、大型高層建設(shè)物、樹木等影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆瓷湮锛茨軡M足儀器架設(shè)條件。

現(xiàn)將兩種儀器采集數(shù)據(jù)測量結(jié)果坐標(biāo)差列于表1。

表1 測量數(shù)據(jù)坐標(biāo)差值表(單位：mm)

現(xiàn)場利用GPRS 模塊流動站與全站儀進(jìn)行重復(fù)觀測，經(jīng)統(tǒng)計分析得出以下結(jié)果，平面最大較差△X=25mm，△Y=27mm，△Z=25mm，計算其平均較差△X=17mm，△Y=18mm，△Z=18mm，由觀測值之差計算單位權(quán)中誤差如下：點位中誤差M==±8mm；高程中誤差

通過以上數(shù)據(jù)分析，RTK 測量點的精度滿足庫區(qū)1:1000 地形圖測量規(guī)范要求。

2.4 影響測量成果精度的因素

2.4.1 RTK 測量誤差來源

GPS 測量中的各種誤差按其來源大致可以分為3 類，與衛(wèi)星相關(guān)的誤差主要包括衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星星歷誤差；與衛(wèi)星信號傳播有關(guān)的誤差主要是電離層、對流層折射對信號傳播的影響，及信號傳播的多路徑效應(yīng)的影響；儀器觀測誤差與儀器硬件和軟件對衛(wèi)星信號觀測能達(dá)到的分辨率有關(guān)，還與儀器天線的安置精度有關(guān)，儀器誤差主要是接收機(jī)鐘差和天線相位中心的位置偏差；與距離有關(guān)的誤差主要是基準(zhǔn)站接收機(jī)和流動站接收機(jī)之間的距離遠(yuǎn)近，距離越遠(yuǎn)誤差越大。

2.4.2 影響測量精度的因素影響RTK 測量精度的因素主要有：①衛(wèi)星信號的影響；②RTK 基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)挠绊?；③流動站工作方式的影響?/p>

2.4.2.1 衛(wèi)星信號的影響

RTK 測量要求基準(zhǔn)站和流動站能同時接收至少5 顆以上相同的衛(wèi)星信號。衛(wèi)星數(shù)量越多和空間分布情況較佳時，RTK接收的信號越好，精度越高；反之，衛(wèi)星越少，信號越差，精度越低，甚至不能解算。

2.4.2.2 RTK 基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)挠绊?/p>

RTK 測量時要求基準(zhǔn)站GPS 接收機(jī)實時地把觀測數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站已知數(shù)據(jù)通過無線電發(fā)射傳輸給流動站GSP 接收機(jī)，因此無線電信號的傳輸在RTK 測量中至關(guān)重要，故在作業(yè)過程中要求基準(zhǔn)站與流動站之間的距離保持在5km 以內(nèi)最佳。無線電數(shù)據(jù)鏈信號在傳輸時容易被高層建筑、樹林、山峰等障礙物遮擋，也容易被其他電磁波信號干擾或出現(xiàn)信號異常，故在流動站作業(yè)過程中要盡量避開遮擋物和干擾源。

2.4.2.3 流動站工作方式的影響

流動站工作方式一般有對中桿和三腳架兩種。使用對中桿方便快捷，但天線不穩(wěn)定，精度起伏大；使用三腳架較繁瑣，速度慢，但是精度穩(wěn)定。

通過分析和研究，在RTK 測量工作中測量人員可采取雙頻觀測、利用觀測量的差分技術(shù)進(jìn)行處理、利用同步觀測值求差、適當(dāng)延長觀測時間等相應(yīng)的措施和方法，削弱相關(guān)因素的影響，提高測量精度和可靠性。

3 結(jié)語

通過外業(yè)數(shù)據(jù)的采集和對采集數(shù)據(jù)的精度分析，說明RTK-GPRS 模塊測量技術(shù)在精度方面是可以信賴的。GPRS 模塊通訊的RTK 作業(yè)方式與常規(guī)電臺通訊相比，配置簡單，攜帶方便，減輕了野外作業(yè)的勞動強(qiáng)度。GPRS 模塊通訊測量是借助于移動通訊的發(fā)射基站，發(fā)射差分信息，只要移動通訊網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的地方就能接收到來自基準(zhǔn)站的差分信息，因此測量范圍更加廣泛。RTKGPRS 測量技術(shù)的缺點是穩(wěn)定性較差，容易受到外部電磁信號的干擾，移動通訊的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積確定了作業(yè)范圍，采用GPRS 通訊要產(chǎn)生額外費用，跨區(qū)域作業(yè)時還會產(chǎn)生漫游費用，提高了作業(yè)成本。

[1]徐紹銓，張華海，等.GPS 測量原理及應(yīng)用（修訂版）[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.