RTK在大比例尺地形測量中的應(yīng)用方法探索

林增楠

（福建省林業(yè)勘察設(shè)計院）

RTK在大比例尺地形測量中的應(yīng)用方法探索

林增楠

（福建省林業(yè)勘察設(shè)計院）

單基站RTK與CORS是目前地形測量時廣泛應(yīng)用的兩種方法。本文主要結(jié)合實例介紹單基站RTK方法與CORS方法在地形測量中的應(yīng)用，分析這兩種觀測模式各自的優(yōu)缺點，總結(jié)出兩種工作模式的適用情況。

RTK；CORS；GNSS接收機；VRS技術(shù)

1　概述

RTK測量技術(shù)的迅速發(fā)展，突破了傳統(tǒng)的測量方法，RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)是GPS實時動態(tài)定位的簡稱。它將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合?；鶞?zhǔn)站將接收到的數(shù)據(jù)與設(shè)置基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)進行比較計算，得出每時每刻的差分數(shù)據(jù)，并將這些差分數(shù)據(jù)通過電臺發(fā)送出去，流動站在接收GPS信號的同時也接受電臺發(fā)送的差分數(shù)據(jù)，根據(jù)接收到的差分信號進行實時數(shù)據(jù)處理，在1～2s的時間里得到高精度位置信息。并進行計算，最終得出我們所需要的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，RTK測量技術(shù)可以在不布設(shè)各級控制網(wǎng)的情況下，依據(jù)一定數(shù)量的已知控制點就可以快速測量出厘米級的地形、地物點的坐標(biāo)，且不受通視條件的限制，不需要頻繁遷站，減少了工作程序，提高了工作效率。被廣泛應(yīng)用于各個測量領(lǐng)域，極大地提高了測量的效益和精度。節(jié)省了大量人力物力。

RTK測量主要有兩種模式：①傳統(tǒng)的自架基站的1+N模式，俗稱單基站模式；②連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（Continuously Operating Reference Stations）簡稱CORS模式，目前這兩種模式使用都比較普遍。這兩種模式各有自己的特點，在地形測量中可以相輔相成。

2　兩種測量模式特點

2.1單機站RTK測量模式

單基站RTK測量模式的使用：

將一臺GNSS接收機設(shè)置為基站模式，在視野開闊、遠離大功率無線電發(fā)射源等不影響GPS信號接收的地方架設(shè)基準(zhǔn)站和電臺；在手簿中的測量軟件里新建項目，設(shè)置相應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)和中央子午線等；將另一臺GNSS接收機設(shè)置為移動站模式，手簿通過藍牙連接移動站，確認移動站電臺頻道和基站電臺頻道一致，修改天線高；分別在已知點上進行數(shù)據(jù)采集，在采集完已知點后進行參數(shù)求解。檢查四參數(shù)或七參數(shù)的求解結(jié)果，合格后便可以開始進行測量工作。

2.2CORS模式

CORS是利用GNSS技術(shù)，在某一個區(qū)域建立若干個永久性的連續(xù)運行參考站、系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理中心，利用計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各參考站與系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理中心組成網(wǎng)絡(luò)，共享參考站數(shù)據(jù)，利用參考站軟件進行處理，與單基站RTK不同，CORS大多采用VRS（Virtual Reference Station）虛擬參考站技術(shù)，各固定參考站不直接向移動用戶發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通訊線發(fā)給控制中心。同時，移動用戶在工作前，先通過GSM的短信息功能向控制中心發(fā)送一個概略坐標(biāo)，控制中心收到這個位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計算機自動選擇最佳的一組固定基準(zhǔn)站，根據(jù)這些站發(fā)來的信息，整體的改正GPS的軌道誤差，電離層，對流層和大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號發(fā)給移動站。這個差分信號的效果相當(dāng)于在移動站旁邊，生成一個虛擬的參考基站，從而解決了RTK作業(yè)距離上的限制問題，并保證了用戶的精度。

3　兩種RTK測量模式在山區(qū)地形測量中的應(yīng)用實例

3.1測區(qū)概況

因發(fā)展旅游開發(fā)需要，在福建某山區(qū)需要進行大比例尺地形測量，測區(qū)以山地為主，有些山谷較深，測區(qū)交通便利，移動通訊系統(tǒng)欠佳，在測區(qū)外圍收集到5個C級GPS控制點，分別為H01C～H05C。點間距較遠，成果為1980西安坐標(biāo)系，1985國家高程基準(zhǔn)。

3.2作業(yè)流程

采用FJCORS進行測量，福建省連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（Fujian Continuously Operating Reference Station，F(xiàn)JCORS）是根據(jù)全國基礎(chǔ)測繪中長期規(guī)劃綱要和我省“十一五”基礎(chǔ)測繪發(fā)展專項規(guī)劃以及福建省人民政府關(guān)于加強測繪工作的實施意見（閩政[008]10號）的要求啟動建設(shè)，它是實現(xiàn)現(xiàn)代化、大眾化、集約化、高質(zhì)量的地球空間信息服務(wù)的重要的基礎(chǔ)設(shè)施。

圖1　測區(qū)與已知點相對位置圖

圖2　測區(qū)控制點布置圖

3.2.1控制點測量

在測區(qū)內(nèi)布設(shè)6個一級控制點，采用華測I60型號GNSS接收機，接入FJCORS進行控制點測量。用三腳架將移動站分別架設(shè)在4個已知點上進行WGS-84坐標(biāo)采集，每個點觀測4個測回，每測回觀測3min，（自動觀測180歷元），每測回重新初始化，且各測回時間間隔不小于60s。將4個測回觀測值進行比較，最大的平面坐標(biāo)分量和垂直坐標(biāo)分量均出現(xiàn)在H04，分別為11mm和19mm；均小于城市測量規(guī)范的限差。將實際測得的地心坐標(biāo)與已知的參心坐標(biāo)公共點進行匹配，計算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，水平和垂直殘差最大分別為0.009mm和0.014mm，小于規(guī)范規(guī)定的允許值。最后利用計算得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)建立起坐標(biāo)系統(tǒng)，再對第5個已知控制點進行檢核測量，小于規(guī)范規(guī)定的±5cm的誤差，坐標(biāo)系統(tǒng)建立完成。

采用同樣的方法對測區(qū)內(nèi)新布設(shè)的控制點進行測量，獲得測區(qū)首級控制點坐標(biāo)，利用全站儀對首級控制點進行100%外業(yè)檢核，包括邊長檢核，角度檢核，導(dǎo)線聯(lián)測檢核，經(jīng)檢核合格后將控制點成果給測圖使用。經(jīng)實際應(yīng)用可知FJCORS有如下優(yōu)點：

CORS在控制點測量中優(yōu)勢很明顯，測區(qū)范圍小，已知控制點遠，使用CORS獲取差分數(shù)據(jù)不受距離限制，且測量精度不受距離影響；作業(yè)時攜帶方便，只需在一臺GNSS接收機里插入手機卡，通過藍牙連接手簿，登陸網(wǎng)絡(luò)就行，不用再攜帶笨重的電瓶、電臺和UHF發(fā)射天線及腳架等，真正實現(xiàn)無線纜作業(yè)。不需要費心思尋找假設(shè)基站的地方自己架設(shè)基準(zhǔn)站；當(dāng)天沒有作業(yè)完成，第二天再進行測量時不需再進行任何校正，直接可以測量，節(jié)省大量時間；單臺GNSS接收機就能作業(yè)，節(jié)省儀器購置開支。

3.2.2碎步點測量

將GNSS接收機接入FJCORS作為移動站，進行碎步點數(shù)據(jù)采集，單人成組，可以和控制測量同時進行，無需等到控制點測完后才進行碎步測量，只需在碎步點測量中或測量完成后到控制點進行測量并校正即可，節(jié)省了工作時間，大大提高了工作效率。

FJCORS采用的電信的VPDN專網(wǎng)進行差分數(shù)據(jù)播發(fā)，因測區(qū)局部地方為山谷，移動通信信號較差，移動站無法與FJCORS進行連接，因此無法使用FJCORS，于是將兩個移動站重新整合成一套1+1模式的單基站RTK進行測量，單基站測量時，移動站在新做的4個控制點上進行大地坐標(biāo)測量，并輸入已知點的坐標(biāo)進行轉(zhuǎn)換參數(shù)計算，按轉(zhuǎn)換參數(shù)建立新的坐標(biāo)系，并在第五個控制點上進行檢核，要求滿足碎步點精度要求。單基站模式不受網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的影響，可以對無電信信號地區(qū)進行補充測量。

測區(qū)中有一塊地方有林木覆蓋，由于FJCORS目前還沒有大范圍的升級成三星解算，目前還是用GPS和GLONASS雙星解算，在有林地帶很難得到固定解，而華測I60支持三星系統(tǒng)解算，因此采用單基站模式可以加入我國的北斗系統(tǒng)進行解算，在疏林地可以得到固定解進行測量，彌補了FJCORS的不足。

當(dāng)然RTK電臺也有其缺點，電臺傳輸距離有限在數(shù)據(jù)傳輸過程中會受到電磁環(huán)境及障礙物的影響，因此基準(zhǔn)站與移動站之間距離不能太遠，且他們之間不能有有大的障礙物；攜帶不方便，作業(yè)時必須攜帶作為基準(zhǔn)站和移動站的GNSS接收機各一臺、數(shù)傳電臺、蓄電池、連接電纜線、UHF發(fā)射天線，而且基站一般都設(shè)置在較高的開闊地帶，搬運費時費力；作業(yè)測量前還需要花費一定時間選擇架設(shè)基準(zhǔn)的地點并架設(shè)基準(zhǔn)站，增加了工作步驟；電臺模式作業(yè)必須要有兩臺及以上GNSS接收機設(shè)備才能工作，增加了添置設(shè)備的費用，降低工作效率。

4　結(jié)束語

單基站RTK測量模式和CORS測量模式有各自的優(yōu)缺點。在建有CORS的地區(qū)優(yōu)先考慮使用CORS系統(tǒng)。但是由于受網(wǎng)絡(luò)信號影響，部分地區(qū)無法利用CORS進行測量，或是需要較長時間才能得到固定解。這種情況需要采用單基站RTK模式進行彌補，其不受網(wǎng)絡(luò)信號影響，只需將基站和電臺架設(shè)在比較開闊和位置較高的地方，測量比較靈活。目前國內(nèi)很多地區(qū)還未完全建成CORS，而且大部分已經(jīng)建成的地方也大多采用的是雙星解算，未把我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)納入解算范疇，目前正逐步升級成三星解算系統(tǒng)，國家測繪地理信息局牽頭開展全國基準(zhǔn)站網(wǎng)整體聯(lián)測平差計算工作，將區(qū)域性的網(wǎng)絡(luò)CORS升級成全國統(tǒng)一框架下的系統(tǒng)，隨著網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋率的提高、GNSS三星乃至四星解算系統(tǒng)的逐步升級以及全國統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)CORS建成，相信不久的將來，CORS將取代單基站RTK的測量模式，為測繪行業(yè)帶來巨大的變革。

[1]李軍，王卓.論GPS技術(shù)在數(shù)字化地形測量中的應(yīng)用.民營科技，2010（03）.

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[3]曾怡彬.CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在城市測量中的應(yīng)用.測繪與空間地理信息，2013（08）.

[4]黃俊華，陳文森.連續(xù)衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用.科學(xué)出版社，2009.

[5]郭濤，王金玲.RTK網(wǎng)絡(luò)基站新技術(shù)的應(yīng)用研究.現(xiàn)代測繪，2010（2）.

P228.4

A

1673-0038（2015）32-0274-02

2015-7-19