GPS—RTK技術(shù)在國土測繪中的應(yīng)用分析

新興縣國土資源局測繪隊(duì) 527400

摘要：本文闡述了GPS-RTK技術(shù)原理與常用測量方法，分析了影響RTK測量精度的因素，并結(jié)合國土測繪案例探討了RTK技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；國土測繪；應(yīng)用

國土測繪在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展中正發(fā)揮著越來越大的作用，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展對資源的依賴，若處理不好資源消耗與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，就會影響社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性，國土測繪是為資源利用特別是土地資源合理利用提供服務(wù)的基礎(chǔ)性工作，通過為土地資源管理部門及社會各界提供及時(shí)、準(zhǔn)確的地理信息，為社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。進(jìn)行國土測繪時(shí)，常規(guī)測繪方法工作強(qiáng)度大、作業(yè)效率低，很難充分滿足測繪工作的需要，而GPS-RTK技術(shù)具有全天候觀測、布點(diǎn)靈活、測量精度高、計(jì)算速度快等優(yōu)勢，易于滿足國土測繪的需要。但是應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)不僅要知其優(yōu)點(diǎn)，也要了解其不足，這樣才能掌握測量精度，使GPS-RTK技術(shù)得到更好的應(yīng)用，為此本文作了分析和探討。

1 GPS-RTK技術(shù)的基本原理與測量方法

1.1 RTK原理

RTK是基于GPS位置差分、偽距差分和載波相位差分的動態(tài)定位測量技術(shù)[1]。不經(jīng)過差分校正的GPS技術(shù)只能達(dá)到亞米級精度，無法滿足精確測量要求。RTK利用基準(zhǔn)站發(fā)送上述3種差分方式的改正數(shù)，再由移動站接收并對測量結(jié)果進(jìn)行修正，這樣就能獲得更精確的定位結(jié)果。但3種差分方式所獲得的精度是不一樣的，位置差分和偽距差分定位誤差與流動站到基準(zhǔn)站之間的距離密切關(guān)系，隨著距離增加定位精度下降很快，所以一般采用載波相位差分方法。通常，RTK測量由1個(gè)基準(zhǔn)站和1個(gè)或多個(gè)流動站組成?；鶞?zhǔn)站采集GPS衛(wèi)星載波相位觀測值和站點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，流動站既采集GPS衛(wèi)星載波相位值，也同時(shí)接受基準(zhǔn)站的信息，經(jīng)過OTF技術(shù)求解整周模糊度并作實(shí)時(shí)差分、平差處理，最后得到本站坐標(biāo)數(shù)據(jù)。為了完成整周模糊度的求解，要求至少能夠接收到5顆衛(wèi)星，并且這些衛(wèi)星的幾何分布PDOP值≯6。為了消除或削弱鐘差、星歷誤差、電離層與對流層的延遲誤差等各類誤差，RTK需采用雙差觀測值，這樣可以達(dá)到厘米級精度。

1.2 GPS-RTK測量方法

目前，GPS-RTK常采用兩種方法，一是“無投影/無轉(zhuǎn)化法”，即基準(zhǔn)站、流動站分別接收WGS-84坐標(biāo)及相應(yīng)地方坐標(biāo)，然后用已知點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，基準(zhǔn)站不需要一定設(shè)在已知點(diǎn)上，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也能得到站點(diǎn)坐標(biāo)；二是“鍵入?yún)?shù)法”，不像前一種方法需要測量若干已知點(diǎn)坐標(biāo)，但基準(zhǔn)站必須設(shè)在已知點(diǎn)上，再利用靜態(tài)觀測獲得相應(yīng)坐標(biāo)并鍵入手簿中轉(zhuǎn)換或輸入靜態(tài)觀測平差取得轉(zhuǎn)換參數(shù)。對測量結(jié)果可以采用已知點(diǎn)校核比較、重測比較、電臺變頻實(shí)時(shí)檢測等方法控制測量質(zhì)量，已知點(diǎn)數(shù)量充足時(shí)采用已知點(diǎn)控制是最理想的，若已知點(diǎn)數(shù)量不足可利用重測比較法進(jìn)行控制，若有2個(gè)以上的基準(zhǔn)站也可采用電臺變頻法進(jìn)行控制。

2 影響GPS-RTK測量精度的因素

2.1 外界影響因素

外界影響因素包括衛(wèi)星幾何分布、多路徑效應(yīng)、流動站到基準(zhǔn)站的距離。衛(wèi)星幾何分布包括衛(wèi)星幾何形狀和高度角，一般可用GDOP衡量，它由HDOP（二維定位模糊度）、VDOP（高度定位模糊度）、PDOP（三維定位模糊度）和TDOP（時(shí)間模糊度）來描述。GDOP較小時(shí)有利，也就是1個(gè)衛(wèi)星在天頂，其余衛(wèi)星相距120°左右，此時(shí)衛(wèi)星幾何形狀最優(yōu)。高度角較大時(shí)測量的平面精度和高程精度也較好[2]。多路徑效應(yīng)是指測站周圍多路徑反射面信號傳播對GPS衛(wèi)星信號造成的延遲影響，如測站之間的大面積水面、山谷、盆地、高層建筑物以致無線電臺都會成為RTK測量的誤差源，尤其對快速靜態(tài)和動態(tài)GPS-RTK定位影響大，并有可能成為主要誤差源，實(shí)驗(yàn)證明茂密的樹林內(nèi)、太靠近高壓線、在高樓下面測量精度可能會受到較大影響[3]。流動站到基準(zhǔn)站的距離影響前面已有所涉及，當(dāng)兩站距離較大時(shí)，GPS誤差的空間相關(guān)性減弱，不能通過差分處理來消除誤差，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩站距離控制在10km內(nèi)才能有效限制誤差影響。

2.2內(nèi)部影響因素

內(nèi)部影響因素包括浮點(diǎn)解和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換影響。浮點(diǎn)解是指模糊度參數(shù)取實(shí)數(shù)時(shí)求解出的基線向量解。當(dāng)受到GPS信號不佳、衛(wèi)星狀況不好、視場受障礙物影響時(shí)，解算整周模糊度遇到困難，此時(shí)就可能形成浮點(diǎn)解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明浮點(diǎn)解會造成較大的平面誤差和高程誤差，這樣測量的精度已超出了一般工程測量要求，所以測量人員應(yīng)對整周模糊度解算過程有所了解，避免浮點(diǎn)解的出現(xiàn)。在遇到觀測條件較差的地段，通過增加觀測時(shí)間可以提高測量精度。求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)是RTK測量中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)公共點(diǎn)的選擇直接影響測量精度，為此應(yīng)采用高等級控制點(diǎn)作為公共點(diǎn)，也就是在測區(qū)范圍內(nèi)不少于2個(gè)控制點(diǎn)，并能均勻覆蓋整個(gè)測區(qū)，相鄰控制點(diǎn)的距離不宜過大，保持3～5km較佳，這樣可以獲得較高的擬合精度。

3 GPS-RTK技術(shù)在國土測繪中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

某測區(qū)位于市郊，地勢平坦，但分布大量房屋、魚塘和樹木，影響通視。需要測量的地塊呈帶狀，作業(yè)半徑有5km之闊，宗地?cái)?shù)量多，權(quán)屬關(guān)系復(fù)雜，要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過全站儀導(dǎo)線網(wǎng)、圖根三角測量建立控制網(wǎng)，再進(jìn)行碎步測量，完成權(quán)屬界址點(diǎn)測量幾無可能，而利用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)相對定位測量不需要通視，效率較高，但無法實(shí)時(shí)獲取定位精度，若經(jīng)內(nèi)業(yè)處理發(fā)現(xiàn)精度不滿足要求再重測也必然影響作業(yè)進(jìn)度，而RTK技術(shù)不僅能夠?qū)崟r(shí)獲取定位精度，還能快速完成碎步測量，所以經(jīng)過分析比較決定通過RTK建立圖根測量控制網(wǎng)，碎步測量則采用RTK結(jié)合全站儀的方法，在房屋密集、隱蔽地段聯(lián)合觀測更有優(yōu)勢。

3.2實(shí)施方法

采用“鍵入?yún)?shù)法”進(jìn)行測量。首先建立基準(zhǔn)站，如前所述，RTK技術(shù)測量距離不宜超過10km，按照這個(gè)要求選定測區(qū)一棟樓房屋頂?shù)腅級GPS控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)站，衛(wèi)星接收狀況也比較理想。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可選擇三參數(shù)、四參數(shù)、七參數(shù)，結(jié)合本測區(qū)作業(yè)半徑大、E級GPS控制點(diǎn)多的實(shí)際情況，采用七參數(shù)更易于保證測量精度，所以通過選擇10個(gè)分布均勻的公共點(diǎn)，求取WGS-84坐標(biāo)系到1980西安坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，并鍵入基準(zhǔn)站RTK接收機(jī)中。然后設(shè)置接收機(jī)電臺頻率、工作方式，開始測量作業(yè)。

先對RTK作業(yè)精度進(jìn)行分析。采用已知點(diǎn)比較校核法檢驗(yàn)了10個(gè)E級GPS控制點(diǎn)的精度，點(diǎn)位中誤差=0.011m，高程中誤差=0.019m，滿足RTK測量技術(shù)規(guī)范要求。為了檢驗(yàn)圖根控制測量精度，采用全站儀一級導(dǎo)線聯(lián)測了部分控制點(diǎn)，較差結(jié)果為=±0.015m， =±0.025m，精度也達(dá)到要求。通過全站儀極坐標(biāo)法聯(lián)測了300個(gè)碎部點(diǎn)，點(diǎn)位誤差較差、高程誤差較差結(jié)果表明，RTK碎步測量精度完全可以滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)語

GPS-RTK技術(shù)是GPS全球定位技術(shù)之后的具有里程碑意義的新技術(shù)，具有靈活高效、測量精度高的優(yōu)勢，可大幅提高國土測繪的精度和效率，必將在國土測繪中發(fā)揮重要的作用，并獲得更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 粱銘.GPS-RTK技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用[J].全球定位系統(tǒng)，2014，39（4）：97-100.

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[3] 徐仁廣.多路徑效應(yīng)影響下GPS-RTK測量精度的分析[J].測繪與空間地理信息，2013，36（5）：94-96.