浅谈GPS-RTK技术在控制测量中的应用

摘要：本文首先对GPS-RTK技术的相关理论进行了简要阐述，然后以某地区为例，对利用该技术所获得的控制网平面及高程测量数据进行分析，说明利用GPS-RTK技术采集的数据能够满足城市测量规范中规定的关于平面控制及高程控制测量的精度要求。对今后的实际生产有一定的借鉴意义。

关键词：GPS-RTK技术；控制测量；精度分析

Abstract: This paper introduces the correlation theory of GPS-RTK, and then takes a area as an example, discuss the plane and elevation data of control network which were obtain by this technology, the result shows that plane and elevation data which were gathered by GPS-RTK can satisfy the accuracy require of Specification. Also, this will give a certain significance to practice production.

Key Words: GPS-RTK technology; control survey; accuracy analysis

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：

0.引言

随着先进的GPS技术的发展以及GPS接收机空间定位精度的不断提高，GPS-RTK技术已经被广泛地应用到控制测量、地形地籍测量、房产测量、工程测量等测量领域。使用RTK技术进行空间定位具有定位精度高、观测时间短、测站之间无需通视、操作简便和全天候作业等优点。由于GPS-RTK技术的不断改进，其精度可获得距参考站20公里范围1-5厘米的定位精度，基线精度为1-10ppm。因此GPS-RTK技术在控制测量，特别是图根控制，导线测量等方面有很大的优势和应用空间。本文即在某地区利用GPS-RTK技术来代替常规二级导线测量及高程控制测量，通过对采集的数据进行精度分析，得出其精度能够满足平面及高程控制测量的精度要求。

1.GPS-RTK技术定位原理

随着GPS技术的发展和完善，应用领域的进一步开拓，人们越来越重视利用差分GPS技术来改善定位性能。它使用一台GPS基准接收机和一台用户接收机，利用实时或事后处理技术，就可以使用户测量时消去公共的误差源—电离层和对流层效应。特别提出的是，当GPS工作卫星升空时，美国政府实行了SA政策。使卫星的轨道参数增加了很大的误差，致使一些对定位精度要求稍高的用户得不到满足。因此，现在发展差分GPS技术就显得越来越重要。

2. GPS-RTK 技术在控制测量中的应用

在某地区26平方公里1：500地形测量中，利用GPS-RTK技术来代替常规二级导线测量。本次基准站设置在测区中部的农田中，符合基准站的架设条件，与已知点的距离在3.4-4.0km之间。联测四个C、D级GPS点和三个三、四等水准点，解算出两坐标系之间的转换参数，水平残差最大为±3.1cm，垂直残差最大为±0.7cm。为了提高待测点的观测精度，将天线设置在对点器上，观测时间大于20秒，采用不同的时间段进行两次观测取平均值；机内精度指标预设为点位中误差±1.5cm，高程中误差±2.0cm；观测中，取平面和高程中误差均小于±1.0cm时进行记录。

2.1 GPS-RTK 技术进行平面测量

GPS-RTK两次观测坐标值比较如表1。

表1 GPS-RTK点两次观测坐标值比较

通过表1可以看出，GPS-RTK点两次观测值坐标较差最大值为±2.8cm，最小值为0cm。考虑到两次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度双观测值的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。

观测值中误差为： =±0.9cm

在测量二级导线精度GPS-RTK点的同时，我们采用相同方法测量了测区附近的一级导线点和二级GPS已知点，一方面作为已知点进行检核，另一方面可以间接说明GPS-RTK的测量精度，见表2。

表2 GPS-RTK点与一级点坐标比较

表2中坐标较差值最大为±3.1cm，最小为±0.6cm。坐标较差值的中误差为±1.7cm，这说明GPS-RTK技术能满足《城市测量规范》中最弱点的点位中误差（相对于起算点）不大于±5cm的要求。

2.2 GPS-RTK 技术进行高程测量

在该地区高程测量工作中，我们采用常规手段对GPS-RTK控制点进行了四等水准测量。平差后，每公里高差中误差为±4.2mm，最弱点高程中误差为±6.5mm。在进行GPS-RTK平面控制测量的同时，我们也利用GPS-RTK技术进行了高程测量。

四等水准测量与GPS-RTK高程测量成果较差如表4所示。

表4中高程较差最大为-4.8cm，最小为-0.1cm，高程较差中误差为±2.3cm。

如果四等水准网高程中误差取±2.0cm，GPS-RTK高程测量的中误差采用其预设精度±2.0cm，则利用误差传播定律可以得到高程较差理论中误差为±2.8cm，高程较差允许误差为±5.6cm。可见表4求得的高程较差中误差小于高程较差理论中误差。

表4 GPS-RTK高程与四等水准高程比较

利用GPS-RTK点高程反算高差并与相应四等水准观测高差比较，可以得到表5，在表5中，高差较差平均值为+0.02cm。根据实际经验，由GPS-RTK测量的高程计算出的相邻高差受相邻点间的长度影响较小，高差精度主要与四等水准测段长度有关。利用高差较差参照不同精度双观测值情况计算出高差较差单位（每公里）中误差为±1.89cm。

2.3 GPS-RTK测量的精度分析

（1）误差与流动站至基准站的距离成正比，因此解求转换参数的已知点应分布均匀，覆盖整个测区，水平、垂直残差宜在3.5cm以下。基准站尽可能设置在符合条件的已知点上，这对高程测量尤为重要。

（2）测量过程中，尽可能地检测一定数量的测区内和相邻的控制点，以发现异常情况，并剔除原控制网的粗差点，便于做好与已有地形图或工程项目的接边工作。

（3）测量时需采用一些方法来提高测量精度。如延长测量时间、架设对点器、选择有利观测时间、增加观测次数或改变基准站等。同精度两次测量值的较差取3cm以下为宜。

3.结论

通过对以上在某地区进行平面和高程控制测量的精度分析，可以看出GPS-RTK技术能够满足城市测量中对导线、四等水准测量和平面测量的要求。由于GPS-RTK技术不同于常规的控制测量，不可能完全用常规控制测量的技术标准来衡量，尤其是在边长较短的相邻点表现比较明显。GPS-RTK技术的测量误差均匀、独立，不存在误差积累，精度可靠程度较高。GPS-RTK技术能够实时地提供测量成果，不需要分级布网，可以大大减少生产成本，减轻作业员的劳动强度，提高测量速度和企业效益。

参考文献

[1] 常庆生,唐四元.GPS测量的误差及精度控制[J].测绘通报,2000,4.

[2] 孔祥元.控制测量学[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1996.

[3] 高星伟.GPS/GLONASS伪距差分的数据处理[J].测绘通报,2000,6.