浅谈GPS-RTK技术在图根测量中的应用

【摘要】通过对GPS RTK原理分析以及RTK技术在控制测量、数字测图等工程中的基本应用，通过TOPCON HiPer Pro接受机对动态GPS的特性和使用方法做了阐述，指出了动态GPS在测量中的重要作用。

【关键词】 RTK技术 流动站 基准站 图跟测量Topcon HiPer Pro

中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号：

（一） 前言

RTK的基本原理

RTK（Real Time Kinematic）技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程中的一个标志，是一种高校的定位技术。它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标――移动站，基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。RTK技术根据差分方法的不同分为修正法和差分法。修正法是将基准站的载波相位修正值发送给移动站，改正移动站接收到的载波相位，再解求坐标；差分法是将基准站采集到的载波相位发送给移动站，进行求差解算坐标。RTK的关键技术主要是初始整周期模糊度的快速解算数据链的优质完成――实现高波特率数据传输的高可靠性和强抗干扰性。RTK工作原理及模式如下图1.1所示。

图1-1 RTK工作原理

RTK系统正常工作要具备以下三个条件：第一，基准站和移动站同时接收到5颗以上GPS卫星信号；第二，基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发出的差分信号；第三，基准站和移动站要连续接收GPS卫星信号和基准站发出的差分信号。即移动站迁站过程中不能关机，不能失锁，否则RTK须重新初始化。

（二）RTK作业的基本方法

以莱州地籍调查项目为例，我公司使用2台Topcon HiPer Pro仪器，采用1+1作业模式进行图根测量。HiPer Pro秉承了TOPCON不断创新的优良传统，在世界上首次实现了真正无线的RTK基准站与流动站。将UHF发射电台嵌入到基准站接收机中，免却了外置电台和沉重的电瓶。HiPer Pro内置电台的工作频带范围为380－470MHz，发射功率仅为1W，但可以实现5～8km的覆盖范围。其RTK测量精度为H:10mm+10ppm，V:15mm+1ppm。

（1）测前准备。即求解测区的基准转换参数。由于GPS定位本身获得的是WGS-84系中的三维坐标，而实际使用的一般为1980西安坐标系坐标，为此必须首先解算出坐标转换参数，方法是利用测区内的已知高等级控制点的地方坐标成果及其在WGS-84系中的坐标成果，利用GPS接收机内置的实时处理软件求解基准转换参数，这一步的关键是已知点必须同时具备WGS-84系和1980西安坐标系的坐标成果，且已知点数不少于3个。首先在观测手簿里输入控制点的80坐标，然后在输入与之对应的84坐标，都输入以后进行坐标转换。要注意查看转换参数，其中“H残差”与“V残差”栏分别表示使用该转换参数进行坐标转换后在该点上的剩余误差，一般不超过2cm。

（2）设置基准站。一种是基准站设置在已知点上，另一种方案是基准站可以选择架设在测区中央一定高度且视野开阔的理想点位上。比较而言，更推荐第二种方法，因为基准站架的越高，电台信号的传输距离越远，信号质量也越好；视野开阔保证能接收到更多且信号更好的卫星；基准站架在测区中央能更好地覆盖整个测区，减少基站架设次数。

（3）点校正。这一步是相对于第二种方法来说的，对于基准站架设在任一点的情况，在设置完基准站后，要到参与坐标转换的任一控制点上采集下坐标，进行基准站坐标更正。

（4）检验。在开始图根测量之前要先到已知精确坐标的D级或E级点或一级导线点上采集坐标，并和已知坐标对照，确保误差在允许范围之内。

（5）点测量。在图根点上依次架设流动站采集坐标，一般要求取固定解，观测历元数15或水平位置精度和垂直位置精度都小于0.01时采集。测量时采用不同基准站法，即设置两次基准站对同一图根点进行2次独立观测，在坐标差不超过3 cm的情况下，取其平均值作为点的最终成果。

（三）RTK作业中的几点体会

RTK定位测量作业，目前尚没有国家或行业的技术规程、规范等标准。通过许多单位的大量实践验证，证明该方法是一种行之有效地图根控制测量方法。它有其常规测量方法不可比拟的优越性，也有其尚待完善的地方。

（1）工作效率高。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，提高测量速度和企业效益。在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数。

（2）定位精度高，测站无需通视，全天候作业。RTK测量不要求基准站、移动站间光学通视 ，只要求满足“电磁波通视”，因此和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要满足RTK的基木工作条件，它也能进行快速的高精度定位，使测量工作变得更容易更轻松。

（3）操作简单，易于使用：现在的仪器一般都提供中文菜单，只要在设站时进行简单的设置，就可方便地获得三维坐标。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便地与计算机、其他测量仪器通信。

（4）RTK作业也有其局限性。最主要的局限性其实不在于 RTK 本身，而是源于整个GPS系统。GPS依靠的是接收两万多公里高空的卫星发射来的无线电信号。相对而言，这些信号频率高、信号弱，不易穿透可能阻挡卫星和GPS接收机之间视线的障碍物。事实上，存在于GPS接收机和卫星之间路径上的任何物体都会对系统的操作产生不良影响。GPS信号的接收在树林茂密的地区会很差。因此，RTK在林区作业有一定的局限性。在树林或大楼四周作测量时，只要该地留有足够的开放空间，使RTK系统可观测到至少5颗卫星，RTK 测量就有成功的条件。所以，我们在选图跟点时就应注意，点位不要靠近高压线杆，高大建筑物以及其他各种电磁干扰源，也不应该选在大树底下。

（四）结束语

应用RTK技术，使得地籍测绘的精度、作业效率和实时性达到最佳的融合。随着数据传输能力的增强，数据的稳健性，抗干扰性水平和软件水平的提高，传输距离的增加,RTK技术将在地籍测量及其他领域得到更广阔的应用。GPS RTK技术己经在测量和工程界产生了重大变革，带来了空前的高效率。随着RTK价格的降低，它将会被更多的测量部门所接受。

参考文献

[1] 孔祥元，梅是义；控制测量学(上,下)；武汉测绘科技大学出版社；1996年。

[2] 《城市测量规范》；CJJ 8-99；建设部颁布；1999年。

[3] GB 7931-87，1:500,1:1000,1:2000地形图航测摄影测量外业规范[S]。

[4] 刘大杰，施一民等；全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M]；同济大学出版社；1996年。