GPS_RTK技术在控制测量中的应用

摘要：本文介绍了gps_rtk技术工作原理、特点以及作业流程，通过实例说明了GPS_RTK技术应用于控制测量能够达到相应的精度，同时提高工作效率、减轻劳动强度、节约成本。

关键词：GPS_RTK技术 控制测量 基准站 流动站

引言

GPS_RTK技术即实时动态测量技术，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测量技术发展的一个标志，主要由三部分组成：①基准站接收机 ②数据链 ③流动站接收机。GPS_RTK工作原理是：选择一个已知高等级点作为基准站，在基准站上安置1台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续地观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接受基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标极其精度。

GPS_RTK技术特点

作业效率高

在一般的地形地势下，高质量的GPS_RTK设站一次即可测完5～10KM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“搬站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。

定位精度高

只要满足GPS_RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内，GPS_RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级，定位精度高，数据安全可靠，同时没有累积误差。

不要求点与点间的通视

GPS_RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”，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，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足GPS_RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。使测量工作变得更容易更轻松。

受卫星状况限制

当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用GPS_RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。

天空环境影响

白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。

数据链传输受干扰和限制

GPS_RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制，另外，当GPS_RTK作业半径超过一定距离（一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同）时，测量结果误差超限。

GPS_RTK作业流程

应用GPS_RTK进行作业时，一般采取以下作业流程：

求解转换参数。

求取转换参数是GPS_RTK 测量中不可缺少的重要环节。GPS 测量获得的是WGS84 坐标系统中的点位及坐标差，而工程测量中所需的是地方坐标系下的格网坐标，所以这中间就有WGS84 坐标到地方格网坐标的转换关系。根据现有已知当地坐标的控制点和利用GPS 测量出相关点的对应大地经纬度坐标，求解出当地坐标转换参数。

设置基准站。

将GPS 双频接收机安放于已知点上，连好电台和发射天线，配置好基准站参数，用手簿启动并输入转换参数。对架设基准站的环境要求是：

① 高度角在15℃以上开阔，无遮挡物的地带；

② 无电磁波干扰，200 m 范围内没有微波站、雷达站、

电信信号发射塔等，50 m 范围内无高压线；

③ 场地位置比较高。

流动站作业。

流动站及接收无线组装好，同时设置好流动站参数即可工作。

GPS_RTK作业时需要注意以下几点：

RTK卫星状态应符合下表的规定。

观测窗口状态 截止高度角15°以上的卫星个数 PDOP值

良好 ≥6 ＜4

可用 5 ≥4且≤6

不可用 ≤5 ＜6

测区坐标系统转换参数的获取

第一种：测区已有转换参数的，直接利用已有转换参数；

第二种:测区没有转换参数的，自行求解。求解时，应采用不少于6个具有85高程成果的高等级（一级及以上）起算点，所选起算点应分布均匀，与待测区域地貌相关性强，能控制整个测区。采用起算点时应进行可靠性检核。要求各点的点位残差小于2cm。

注：转换参数不能采用现场点校正的方法进行。

测量基准站应满足《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》5.2.6的要求，并应填写基准站观测手簿；

流动站应满足《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》5.2.7的要求，同时要满足以下要求：观测前，利用周边2个已知点进行检核，各坐标分量较差均小于5cm后才能实施流动观测。每个点的平面收敛精度不应大于2cm，高程收敛精度不应大于3cm；

观测时，每次观测均应重新初始化，并获得固定解，观测历元数不应少于20个，采样间隔1s，每个点观测次数3次，支杆高度小于2.5米，对中误差小于5mm，每次测量坐标较差精度Mp＜4cm，Mv＜4cm方可记录。

取各次测量的坐标成果中数作为最终成果。

GPS_RTK在控制测量中的应用实例

在某市某镇30平方公里1：500地形测量中，采用GPS_RTK技术来代替常规二级导线测量。按照上述作业流程进行作业。基准站设置在测区中部的山坡顶或楼顶中等符合基准站的架设条件的高点，与已知点相距约2km的距离。选取了测区9个具有四等水准成果的E级GPS点解算出WGS 84坐标系与当地坐标系之间的转换参数，水平残差最大为±2.1cm，垂直残差最大为±1.5cm。为了提高二级点的观测精度，将天线设置在对点器上，观测时间大于20秒，每个点观测三次观测取平均值；机内精度指标预设为点位中误差±2cm，高程中误差±3cm；观测中，符合限差时进行记录。观测过程中，对一些一级点以及已观测的二级点进行重复观测，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。通过对30个GPS_RTK点与一级点坐标比较得到，坐标较差值最大为±3.5cm，最小为±0.4cm。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。

同时对部分二级控制点进行了四等水准测量。平差后，每公里高差中误差为±5.2mm，最弱点高程中误差为±5.3mm。GPS_RTK作业时，不仅获取二级点平面成果，同时获取了高程成果。两次GPS_RTK高程测量的成果较差，最大为-4.3cm，最小为0cm。观测值中误差为±2.1cm，平均值中误差为±1.5cm。四等水准测量与GPS_RTK高程测量成果较差最大为-5.1cm，最小为-0.1cm，高程较差中误差为±2.5cm。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±3cm，则利用误差传播定律可以得到高程较差理论中误差为±3.6cm，高程较差允许误差为±7.2cm。GPS_RTK高程与四等水准高程比较求得的高程较差中误差小于高程较差理论中误差。

结论

利用GPS_RTK进行控制测量不受天气、地形、通视等条件的限制，控制测量操作简便、机动性强，同时测量误差均匀、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，提高生产效率和经济效益。

参考文献

1、刘基余，李征航，王跃虎，等．全球定位系统原理及其应用[M]．北京：测绘出版社，1993．

2、CJJ 8-99,城市测量规范[S].

作者简介：彭泽平（1978.7-），男，助理工程师，长期从事工程、房产测绘工作