淺談GPS及RTK測(cè)量技術(shù)在控制測(cè)量中的應(yīng)用

張潛　楊大愛(ài)（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局703隊(duì)　伊寧 835000伊犁正信測(cè)繪工程咨詢有限公司　伊寧 835000）

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淺談GPS及RTK測(cè)量技術(shù)在控制測(cè)量中的應(yīng)用

張潛①楊大愛(ài)②
（①新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局703隊(duì)伊寧 835000②伊犁正信測(cè)繪工程咨詢有限公司伊寧 835000）

摘要本文對(duì)GPS及RTK測(cè)量技術(shù)在控制測(cè)量過(guò)程中如何選點(diǎn)、布網(wǎng)、精度控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)平差等進(jìn)行介紹、分析。

關(guān)鍵詞選點(diǎn)布網(wǎng)精度控制數(shù)據(jù)處理網(wǎng)平差

0　引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，新的儀器設(shè)備日新月異，如光電測(cè)距儀、電子經(jīng)緯儀、速測(cè)全站儀、GPS及RTK定位系統(tǒng)等不斷涌現(xiàn)，從而進(jìn)一步改變了傳統(tǒng)的測(cè)量方法和手段，測(cè)量精度和效益都得到了很大程度的提高。全球定位系統(tǒng)（GPS及RTK）是伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展而建立起來(lái)的新一代精密衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)，它不僅具有全球性、全天候、連續(xù)三維導(dǎo)航和定位能力，而且還具有良好的抗干擾性。下面就對(duì)GPS及RTK測(cè)量技術(shù)在物探控制測(cè)量過(guò)程中的應(yīng)用加以介紹，有待同行共同探討與研究。

1　 GPS及RTK在布網(wǎng)方面的優(yōu)點(diǎn)

目前，GPS及RTK精密定位技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，尤其是在控制測(cè)量方面，GPS及RTK靜態(tài)測(cè)量技術(shù)有了很大的改進(jìn)和改善，克服了傳統(tǒng)測(cè)量的許多缺點(diǎn)，顯露出了很多優(yōu)點(diǎn)，受到大家的廣泛青睞。GPS及RTK在布設(shè)控制網(wǎng)方面較之常規(guī)方法具有以下特點(diǎn)：

（1）測(cè)量精度高

GPS及RTK觀測(cè)的精度要明顯高于一般的常規(guī)測(cè)量手段，GPS及RTK基線向量的相對(duì)精度一般在10-5～10-9之間，這是普通測(cè)量方法很難達(dá)到的。

（2）選點(diǎn)靈活、不需要造標(biāo)、費(fèi)用低

GPS及RTK測(cè)量不要求測(cè)站間互相通視，不需要建造覘標(biāo)，作業(yè)成本低，大大降低了布網(wǎng)費(fèi)用。

（3）全天候作業(yè)

在任何時(shí)間、任何氣候條件下，均可以進(jìn)行GPS 及RTK觀測(cè)，大大方便了測(cè)量作業(yè)，有利于按時(shí)、高效地完成控制網(wǎng)的布設(shè)。

（4）觀測(cè)時(shí)間短

采用GPS及RTK布設(shè)一般等級(jí)的控制網(wǎng)時(shí)，在每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在1～2 h，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。

（5）觀測(cè)、處理自動(dòng)化

采用GPS及RTK布設(shè)控制網(wǎng)，觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理過(guò)程均是高度自動(dòng)化的。

在石油物探測(cè)量中，由于工區(qū)范圍比較小，控制點(diǎn)需要少，一般都采用這種方法進(jìn)行控制網(wǎng)布設(shè)。

2　 GPS及RTK的布網(wǎng)方法

根據(jù)我國(guó)1992年所頒布的全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范，GPS及RTK基線向量網(wǎng)被分成了A、B、C、D、E五個(gè)級(jí)別。對(duì)于不同級(jí)別的GPS及RTK網(wǎng)，精度要求不同。A級(jí)網(wǎng)一般為區(qū)域或國(guó)家框架網(wǎng)、區(qū)域動(dòng)力學(xué)網(wǎng)；B級(jí)網(wǎng)為國(guó)家大地控制網(wǎng)或地方框架網(wǎng)；C級(jí)網(wǎng)為地方控制網(wǎng)和工程控制網(wǎng)；D級(jí)網(wǎng)為工程控制網(wǎng)；E級(jí)網(wǎng)為測(cè)圖網(wǎng)。GPS及RTK網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有以下幾種：

2.1跟蹤站式

布網(wǎng)形式：若干臺(tái)接收機(jī)長(zhǎng)期固定安放在測(cè)站上，進(jìn)行常年、不間斷的觀測(cè)，即一年365 d，一天24 h進(jìn)行觀測(cè)，很像跟蹤站。

特點(diǎn)：由于接收機(jī)在各個(gè)站點(diǎn)上進(jìn)行了不間斷的連續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量大，而且在處理采用這種方式所采集的數(shù)據(jù)時(shí)，一般采用精密星歷，因此，采用這種形式布設(shè)的GPS及RTK網(wǎng)具有很高的精度和框架基準(zhǔn)特性。由于連續(xù)觀測(cè)，一般需要建立專門的永久性建筑，觀測(cè)成本很高。（一般用于AA級(jí)網(wǎng)的建立）。

2.2會(huì)戰(zhàn)式

布網(wǎng)形式：在布設(shè)GPS及RTK網(wǎng)時(shí)，一次組織多臺(tái)GPS及RTK接收機(jī)，集中在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，共同作業(yè)。在作業(yè)時(shí)，所有接收機(jī)在若干天的時(shí)間里分別在同一批點(diǎn)上進(jìn)行多天、長(zhǎng)時(shí)段的同步觀測(cè)，在完成一批點(diǎn)的測(cè)量后，所有的接收機(jī)又遷移到另外一批點(diǎn)上進(jìn)行相同方式的觀測(cè)，直到所有的點(diǎn)觀測(cè)完畢。

特點(diǎn)：采用這種方式布設(shè)的GPS及RTK網(wǎng)，由于各基線均進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間、多時(shí)段的同步觀測(cè)，可以較好地消除SA等因素的影響，因而具有極高的尺度精度（一般用于布設(shè)A、B級(jí)網(wǎng)）。

2.3多基準(zhǔn)站式

布網(wǎng)形式：若干臺(tái)接收機(jī)在一段時(shí)間里長(zhǎng)期固定在某幾個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，這些測(cè)站稱為基準(zhǔn)站，在基準(zhǔn)站觀測(cè)的同時(shí)，另外一些接收機(jī)則在這些基準(zhǔn)站周圍相互之間進(jìn)行同步觀測(cè)。

特點(diǎn)：采用這種方式布設(shè)的GPS及RTK網(wǎng)，由于各基準(zhǔn)站間進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，因此，可以獲得較高精度的定位結(jié)果，這些高精度的基線向量可以作為整個(gè)GPS及RTK網(wǎng)的骨架。另外，其余的進(jìn)行了同步觀測(cè)的接收機(jī)間除了自身間有基線向量相連外，它們與各基準(zhǔn)站之間也存在有同步觀測(cè)，因此，也有同步觀測(cè)基線相連，這樣可以獲得更強(qiáng)的圖形結(jié)構(gòu)。

2.4同步圖形擴(kuò)展式

布網(wǎng)形式：多臺(tái)接收機(jī)在不同測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)，在完成一個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)后，又遷移到其他的測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)，每次同步觀測(cè)都可以形成一個(gè)同步圖形，在測(cè)量過(guò)程中，不同的同步圖形間一般有若干個(gè)公共點(diǎn)相連，整個(gè)GPS及RTK網(wǎng)由這些同步圖形構(gòu)成。

特點(diǎn)：采用這種方式布設(shè)GPS及RTK網(wǎng)，具有擴(kuò)展速度快、圖形強(qiáng)度高，且作業(yè)方法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。是目前在GPS及RTK測(cè)量中普遍采用的一種布網(wǎng)形式，其觀測(cè)作業(yè)方式主要有：點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式、混連式。

2.5單基準(zhǔn)站式

布網(wǎng)形式：?jiǎn)位鶞?zhǔn)站式又稱星形網(wǎng)方式，它以一臺(tái)接收機(jī)作為基準(zhǔn)，在某個(gè)測(cè)站上連續(xù)開(kāi)機(jī)觀測(cè)，其余的接收機(jī)在此基準(zhǔn)站觀測(cè)期間，在其周圍流動(dòng)，每到一個(gè)點(diǎn)就進(jìn)行觀測(cè)，流動(dòng)的接收機(jī)間一般不要求同步，這樣，流動(dòng)的接收機(jī)每觀測(cè)一個(gè)時(shí)段，就與基準(zhǔn)站之間測(cè)得一條同步觀測(cè)基線，所有這樣測(cè)得的同步基線就形成了一個(gè)以基準(zhǔn)站為中心的星形。

特點(diǎn)：這種方式布網(wǎng)效率較高，但由于各流動(dòng)站一般只與基準(zhǔn)站之間有同步觀測(cè)基線，故圖形強(qiáng)度較弱，為提高圖形強(qiáng)度，一般需要每個(gè)測(cè)站上至少觀測(cè)兩次。

3　 GPS及RTK測(cè)量成果處理與分析

（1）結(jié)果分析（網(wǎng)平差處理和質(zhì)量評(píng)估）

對(duì)外業(yè)觀測(cè)所得到的基線向量進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，并對(duì)由合格的基線向量所構(gòu)建的GPS及RTK基線向量網(wǎng)進(jìn)行平差解算，得出網(wǎng)中各點(diǎn)的坐標(biāo)成果。如果需要利用GPS及RTK測(cè)定網(wǎng)中各點(diǎn)的正高或正常高，還需要進(jìn)行高程擬合。

（2）技術(shù)總結(jié)

根據(jù)整個(gè)GPS及RTK網(wǎng)的布設(shè)及數(shù)據(jù)處理情況，進(jìn)行全面的技術(shù)總結(jié)。

4　結(jié)言

通過(guò)對(duì)GPS及RTK靜態(tài)測(cè)量的討論，我們認(rèn)識(shí)到在布設(shè)GPS及RTK網(wǎng)時(shí)除了遵循一定的設(shè)計(jì)原則外，在測(cè)量過(guò)程中采用效率指標(biāo)、可靠性指標(biāo)和精度指標(biāo)這些定量的指標(biāo)來(lái)指導(dǎo)工作。在測(cè)量過(guò)程中，總結(jié)出如下提高GPS及RTK網(wǎng)精度的方法：為了保證GPS及RTK網(wǎng)中各相鄰點(diǎn)具有較高的相對(duì)精度，對(duì)網(wǎng)中距離較近的點(diǎn)一定要進(jìn)行同步觀測(cè)，以獲得它們間的直接觀測(cè)基線；為提高整個(gè)GPS及RTK網(wǎng)的精度，可以在全面網(wǎng)之上布設(shè)框架網(wǎng)，以框架網(wǎng)作為整個(gè)GPS及RTK網(wǎng)的骨架；在布網(wǎng)時(shí)，要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不大于6條；在布設(shè)GPS及RTK網(wǎng)時(shí)，引入高精度激光測(cè)距邊，作為觀測(cè)值與GPS及RTK觀測(cè)值一同進(jìn)行聯(lián)合平差，或?qū)⑺鼈冏鳛槠鹚氵呴L(zhǎng)；若要采用高程擬合的方法，測(cè)定網(wǎng)中各點(diǎn)的正高，則需在布網(wǎng)時(shí)，選定一定數(shù)量的水準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量盡可能多，且應(yīng)在網(wǎng)中均勻分布，還要保證有部分點(diǎn)分布在網(wǎng)中的四周，將整個(gè)網(wǎng)包含在其中；為了提高GPS及RTK網(wǎng)的尺度精度，可增設(shè)長(zhǎng)時(shí)間、多時(shí)段的基線向量。通過(guò)對(duì)GPS及RTK靜態(tài)測(cè)量在控制測(cè)量中應(yīng)用的討論，更加深了我們對(duì)GPS及RTK靜態(tài)測(cè)量的了解，在今后的物探測(cè)量工作中，發(fā)揮巨大的作用。

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收稿：2016-03-24

DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.03.016