刍议GPS RTK技术在数字化地形测量上的应用

摘要：本文分析了RTK技术在地形图测绘外业中的技术优势和主要应用情况，对RTK测绘精度的影响因素和测绘精度的提高做出了分析阐述，并举实例阐述其测绘应用，对RTK技术在地形图测绘外业的实际工作有一定的指导意义。

关键词：RTK；测量；地形图测绘；外业；精度

中图分类号：P284 文献标识码：A 文章编号：

1. RTK技术优势

RTK采用的是载波相位动态实时差分技术，与传统的GPS测量方法相比，其最大的特点就是具有实时性，快速能得到测量数据，而传统的如静态、动态测量都需要事后通过计算才能获得结果。具体来说，其有以下几个优点：①RTK具有误差小，定位精度高的特点。一般来说，只要基本条件满足，RTK技术测量结果的误差是非常小，通常只要工作区域在4公里以内，其厘米级的精确度是其他传统测量方法所不能比拟的；②RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足卫星截止高度角及有效观测卫星个数，因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小；③当前RTK技术已经比较成熟，处理的数据量较少。

2. RTK技术在地形图测绘中的应用

RTK技术主要应用在五个地方：控制测量、线路放样、规划放线、用地测量和其他方面的测量。在地形图测绘中应用RTK技术已经有一段时间，在测绘的过程中，主要运用RTK技术来采集野外数据，然后利用专业的绘图工具对野外采集作业有得到的数据进行处理，绘制出图形。所以，RTK技术在地形图测绘中应用的核心就是数据采集本文结合笔者多年的研究实践，在下文简要阐述了RTK技术在地形图测绘中的应用，以笔者曾经研究过的一个实例来说明。

某镇位于云南省的中部，其面积大约是40平方千米，其中用于居民区的面积大约占总面积的75%，该小镇的人口密度较大，城镇之中的建筑物也比较的密集。城镇周边有非常多的交通要道，所以该镇的交通也十分繁忙。居民区所在的地形大多较平坦，但是在居民区之外的地区地形十分复杂，山区、沙丘等相互交错，因此无法使用传统的地形图测绘方法，经过实际的调查研究，发现RTK技术可以在该地区进行测量。笔者选择这个例子的原因是因为RTK技术一般不适用于这种居民区多，地形少的地区，所以这个地区成功的案例更具有现实意义和代表性。测量步骤：首先，选取RTK作业的基准点，具体的原则是地势事宜，并且不存在很强的无线信号。基准选取的时候要对其进行测试，做一些实地的测试，观察RTK传输的数据的是否符合要求。根据计算的结果选取了六个基本控制点，通过转换六个基本控制点的坐标，得到RTK的坐标参数结果。在确认第一步的工作完成好以后，就可以安置RTK的基准站。经过测量，六个基本控制点的控制频数之间的互差最大的是2厘米，最小的是0.2厘米，平均互差是1厘米。从这个结果就可以看出，RTK在本地区的测量精度能够达到厘米级，能够满足实际测量对精度的要求，很好的克服了传统测量方法中结果精度达不到要求的困难。

3. 影响RTK测量的精度的因素

GPS测量定位的系统误差主要来源于GPS卫星星历、电离层散射、多路径效应、基准站坐标、卫星钟与接收机钟误差、天线相位中心位置的偏差、接收机不同通道间的延迟误差；其他还有地球自转、地球潮汐、基线解算时的软件、基线解算时不同的数学模型误差等。

上述误差在GPS-RTK测量时，绝大部分已通过作业方式、软件处理、接收机改进等消除、削弱，但还有一部分影响是无法完全消除的。但是由于RTK作业方式特殊，特有的误差影响；在RTK作业实时快速，缺少必要的检核条件，所以测量成果也存在着不可靠性。这些影响因素主要有：

3.1转换参数的影响

由于GPS测量采用WGS-84坐标系统，而我国目前所采用的坐标系统为1954北京坐标系（或1980国家大地坐标系统等），所以GPS-RTK测量时必须先求转换参数，以便将WGS-84坐标转换到1954北京坐标系、1980国家大地坐标系等。转换参数的求解是RTK测量的基础，转换参数的精确程度是影响RTK测量精度的关键因素。

转换参数的求解又受以下因素的影响：

3.1.1转换控制点的选择

转换控制点，即求解转换参数时所选择的同时具有WGS-84坐标和1954北京坐标系、1980国家大地坐标系的同名控制点。同一测区，选择不同位置分布、不同精度的转换控制点，转换参数就会不同。

3.1.2 WGS-84坐标的获取方式

转换控制点的WGS-84坐标，可以先在基准站用导航或者单点定位的方式测出基准站的WGS-84坐标，然后用流动站测出转换控制点的WGS-84坐标，不同方式获取的WGS-84坐标对转换参数和RTK测量精度产生不同的结果。

RTK测量时，基准站的WGS-84坐标必须与转换参数求解时的WGS-84坐标的获取相一致，否则，就会产生系统误差，获得的成果整体出现错误。

3.2测量作业的控制区域

测量作业范围受转换控制点的约束。在利用已知坐标做好控制后，施测流动站一般应在距基准站10㎞内的区域作业，精度较好，但不同厂家生产的仪器，精度会略有不同。仅就徕卡SR530来讲，根据实际作业精度统计，流动站每超出作业范围1～2㎞，平面精度就会降低1～2mm，高程精度会降低3～4mm。另外，仪器接收信号会变得越来越困难，数据采集时间会变得越来越长。

3.3 RTK基准站数据链传输的影响

因为RTK测量时要求基准站GPS接收机实时地把观测数据和基准站已知数据通过无线电发射传输给流动站GPS接收机，所以无线电信号的传输在RTK测量中至关重要。

但无线电的数据链信号在传输时容易被高楼、山峰等阻挡，也可能被其他电磁波干扰或出现信号异常，所以对RTK流动站的电台接收和RTK测量的可靠性影响很大。

3.4 流动站方式的影响

流动站方式一般有对中杆和三脚架两种。使用对中杆方便实用，但天线不固定，精度起伏大；使用三脚架繁琐，但精度稳定。

3.5电源的影响

无论是GPS接受机还是发射无线电的电源，如果电量不足，不但影响卫星信号和无线电数据的接受，产生不可靠的坐标数据，甚至可能无法开展RTK测量。

4. 提高RTK测点的精度和可靠性的措施

4.1转换参数的合理求解

利用RTK提高测点的精度，转换参数的求解十分关键。

4.1.1一般转换参数求解时，尽量用高等级的控制点作为转换控制点，且转换控制点尽量分布均匀、包含整个测区。如果待测区域没有足够的转换控制点，最好先布设转换控制点和以后待设基准站点，用表态方式一起测量，平差求出所需的WGS-84坐标和地方坐标。

4.1.2可以用单点定位的方式测出基准站的WGS-84坐标，然后用RTK的方式测出转换控制点WGS-84坐标，在输入相应的地方坐标后，直接用一步法求出转换参数。

4.2基准站的选择

RTK基准站点位应选择在视野开阔的建筑物楼顶或地势较高处，必须避开电视、电台发射塔、微波站、飞机场、高压线和大面积的水域等。在已知点上架设好 GPS 接收机和天线，输入基准站的 WGS- 84坐标和 BJ54 坐标、天线高，待基准站电台指示灯显示发出通讯信号后，流动站即可开展工作。基准站接收机接收到卫星信号后，由卫星星历和测站已知坐标计算出测站至卫星的距离，用观测量伪距与计算值比较，得到伪距差分改正数真距-伪距。伪距差分改正数和载波相位测量数据经传输发射电台发送给流动站，一个基准站提供的差分改正数可供接收到基准站信号的数个流动站使用。

4.3流动站方式的选择

对控制点和其他可选择位置的待测点，流动站应与基准站一样，选择合适的位置，避免卫星信号和数据链通讯的影响及多路径效应的产生。通过手簿建在输入其他至少两个已知控制点的 WGS- 84 坐标和BJ54 坐标，并求解坐标转换参数，用其中一个点进行校正。流动站接到 GPS 卫星信号的同时，也接收到由数据通讯电台发送来的伪距差分改正数和载波相位测量数据，这个过程所需时间不到 1min，只要接收到四颗及以上卫星和基准站的信息，测量人员即可在短时间内获知所测点的三维坐标。

5. 结束语

随着RTK技术的不断进步，其在地形图测绘中的应用将会得到更广泛的发展。与此同时，VRS技术和GPS/GLONASS双星系统等新技术的出现，通过与RTK技术的合理结合，让RTK技术有了更广阔的发展空间。笔者相信，在不久的将来，相关工程技术人员通过不断实践，总结经验，RTK技术定会得到更大的发展，为我国的工程、地质监测，为我国的经济建设贡献力量。

参考文献：

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