實時載波相位差分ＧＰＳ技術及在地籍測繪中的應用

崔貴權

摘要：GPS測量技術的不斷發展，極大地促進了地籍測繪工作的進步，大大提高了地籍測繪的工作效率、拓廣了地籍測繪的服務范圍。本文介紹了GPS定位技術的新方法——RTK技術，并研究了RTK技術在地籍測繪中的應用。

關鍵詞：GPS；RTK技術；地籍測繪

1 引言

GPS技術作為提供精確三維位置的工具，在地籍測繪中主要是用于地籍控制測量、地籍圖測繪和土地動態監測。對應的GPS測量方式有經典靜態測量、快速靜態測量、常規差分GPS、廣域差分GPS、事后差分GPS、實時動態定位(RTK)。

RTK是Real-Time Kinematic的英文縮寫，是實時載波相位差分GPS技術，它是GPS測量技術與數據傳輸技術相結合，而構成的組合系統，是GPS測量技術發展中一個新的突破。

2 RTK技術

在RTK測量技術出現之前，其它的精密定位技術，如經典靜態、快速靜態等，數據的處理采取后處理方法，這些模式無法實時給出觀測站的定位結果，也無法及時檢核數據質量和測量成果是否合格，如果事后發現成果不合格，需要返工重測。為了減少返工重測的情況發生，外業時總是延長觀測時間，以獲取大量的多余觀測量，來保證測量結果的可靠性。顯然，這樣必然降低GPS測量的工作效率。

2.1 RTK測量系統的構成

（1）GPS接收設備

至少兩套GPS接收設備，如GPS接收機、GPS天線、電池等，分別安置在參考站和流動站。參考站的坐標必須己知，盡量選擇在測區中央地勢較高處，視野開闊。一參考站應連續跟蹤全部可見衛星，并將觀測數據通過數據傳輸系統，實時發送給附近用戶.參考站的數據采樣率應與用戶的相一致，如果有多個用戶，參考站的采樣率應與用戶中最高的相一致。

（2）數據傳輸系統

數據傳輸系統也稱數據通訊鏈，由參考站的發射設備和用戶端的接收設備組成，它是RTK系統中的關鍵設備，其頻率和功率的選擇取決于參考站和用戶之間的距離。數據傳輸鏈作用的范圍受到外部環境的影響，如密集的障礙物、強信號干擾等;在不同地區，同一套RTK測量系統，能夠傳輸的距離并不相同，如在城市地區，一般的RTK系統正常的工作范圍是5公里左右，但是，在平原地區和海上，工作的范圍可以拓展到20公里左右。現在，大部分的GPS商家已經推出了商用的RTK測量系統，如TRIMBLE, LEICA等，各廠家使用的數據通訊鏈不同，發射的功率各異，作用的范圍也不盡相同。所以，在地籍測繪中使用RTK測量系統，必須根據廠商的設定，在有效覆蓋范圍內工作。

（3）軟件系統

包括作業模式的選擇、GPS基線快速解算、解算結果質量的分析與評價、坐標系統的轉換、結果的顯示與繪圖等基本功能。它是RTK系統測量結果的精確性和可靠性的基礎。

根據用戶實際工作的要求，目前實時動態測量采用的作業方式主要有:

a.快速靜態:在城市或大區域的控制測量或工程測量中，要求定位的精度達到1-2厘米，這就要求RTK測量系統中的用戶端在測站上，靜止地觀測數分鐘至數十分鐘。在觀測過程中，連同接收到的參考站的同步觀測數據，實時地計算用戶的位置。如果解算結果的變化趨于穩定，且精度己經滿足設計要求，便可實時地結束觀測，移動到其它測站。這種方式要求在用戶站流動過程中，不必保持對GPS衛星的連續跟蹤。

b.準動態測量:在地籍碎部測量、線路測量和工程放樣等，要求達到厘米級定位精度，可以采用準動態測量方式。準動態測量要求用戶在觀測工作開始，首先在某一起始點靜止地觀測數分鐘，以便確定整周模糊度參數。一旦整周模糊度固定，可以開始流動測量工作，即在每個觀測站上，靜止地觀測數歷元，就能實時計算出厘米級的流動站三維坐標。這種方式要求用戶站在流動過程中，必須保持對GPS衛星的連續跟蹤，一旦發生失鎖，便需重新進行初始化工作。

c.動態測量:在道路中線測量、航線測量和運動目標的精密導航定位中，要求實時得到觀測時刻接收機的位置，可以采用動態測量方式。在陸上，可以先初始化后，再連續流動測量，確定每個采樣點的空間位置，一旦出現失鎖，在失鎖點重新初始化，再繼續測量。在海上和空中，可以采用動態初始化(Ambiguity ResolutionOn-the-Fly——AROF)技術，重新完成初始化工作。

2.2 RTK測量系統工作原理

在己知位置的參考站上安裝一臺GPS接收機，對所有可見衛星進行連續觀測，并將其觀測數據，通過無線電傳輸設備，實時發送給用戶觀測站：在用戶站，GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收參考站傳輸的觀測數據，然后實時計算并顯示用戶站的三維坐標及其精度。RTK測量系統明顯減少了冗余觀測，縮短了觀測時間，提高了工作效率和可靠性。

3 在地籍控制測量中的應用

由于RTK技術具有布點靈活、全天候、速度快、精度高等優點，使其在國內各省市的地籍測繪中得以廣泛應用，尤其在地控制測量、地籍碎部測量中的應用。

3.1 在地籍控制測量中的應用

利用GPS技術進行地籍控制測量，不要求通視，這樣避免了常規地籍控制測量點位選取的局限條件，沒有常規三角網(鎖)布設時要求近似等邊及精度估算偏低時應加測對角線或增設起始邊等繁鎖要求，只要使用的GPS儀器精度與地籍控制測量精度相匹配，控制點位的選取符合GPS點位選取要求，那么所布設的GPS網精度就完全能夠滿足地籍規程要求。

由于GPS定位技術的不斷改進和完善，其測繪精度、測繪速度和經濟效益，都大大地優于目前的常規控制測量技術，目前，常規靜態測量、快速靜態測量、RTK技術己經逐步取代常規的測量方式，成為地籍控制測量的主要手段。邊長大于15km的長距離GPS基線向量，只能采取常規靜態測量方式;邊長在10-15km的GPS基線向量，如果觀測時刻的衛星很多，外部觀測條件好，可以采用快速靜態GPS測量模式，否則，建議使用常規靜態測量，如果是平原開闊地區，可以嘗試RTK模式;邊長小于5km的一、二級地籍控制網的基線，優先考慮采用RTK方法，如果設備條件不能滿足要求，可以采用快速靜態定位方法;邊長-lOkm的二、三、四等基本控制網的GPS基線向量，優先采用GPS快速靜態定位的方法，設備條件許可和外部觀測環境合適，可以使用RTK測量模式。

3.2 在地籍碎部測量中的應用

地籍細部測量和土地勘測定界(含界址點放樣)工作中，主要是測定地塊(宗地)的位置、形狀、數量等重要數據。

由地籍調查規程所知，在地籍平面控制測量基礎上的地籍細部測量，對于城鎮街坊外圍界址點及街坊內明顯的界址點間距允許誤差為1Ocm，城鎮街坊內部隱蔽界址點及村莊內部界址點間距允許誤差為15cm。在進行土地征用、土地整理、土地復墾等土地勘測定界工作中，相關規程規定測定或放樣界址點坐標的精度為:相對鄰近圖根點點位中誤差及界址線與鄰近地物或鄰近界線的距離中誤差不超過lOcm。因此，利用RTK測量模式能滿足上述精度要求。

RTK技術使精度、作業效率、實時性達到了最佳的融合，為地籍碎部測量提供了一種斬新的測量方式。現在許多的土地勘測部門都購置了具有RTK功能的GPS接收系統和相應的數據處理軟件，并且取得十分顯著的經濟效益和社會效益。采用RTK方式進行碎部測量，與全站儀相比，速度快，作業效率高。與全站儀一樣，RTK測量單點的時間需要幾十秒，但是，它不要求通視，不需要頻繁換站，減少了全站儀頻繁換站所花的時間，而且可以多個流動站通時工作，在相同的時間內，一臺流動站大約是一臺全站儀工作效率的1.5倍。

4 在地籍控制測量中的應用

在地籍測繪工作中，許多有效的GPS作業方式并沒有得到應用。同時，不同的地籍測繪工作要求不同的定位精度，面對數十種GPS測量模式，這就產生了如何選擇合適的GPS測量方式問題，這就要求測繪工作者根據實際情況進行選擇和應用。

參考文獻

[1]詹長根，“GPS技術在地籍中的應用”2004.(講稿)

[2]詹長根，“地籍測量學”2001第一版武漢大學出版社

[3]姚連璧、“RTK技術在道路定測中應用的研究”《中國公路學報》2001