GPS RTK技術(shù)在數(shù)字城市部件調(diào)查中的應(yīng)用

張新虹 董 偉 劉云波

（浙江省測繪大隊，浙江 杭州 310030）

引言

GPS RTK(RealTmi eKinemat-ic,實時動態(tài))技術(shù)是在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,能夠?qū)崟r提供流動站在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并在一定范圍內(nèi)達到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式,是GPS應(yīng)用的重大里程碑，因其操作快捷、直觀、精度高、實時性強、自動化程度高、定位誤差不累積等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工程放樣、地形測圖、各種控制測量等工程領(lǐng)域中。筆者參與桐廬縣“數(shù)字城管”城市部件數(shù)據(jù)普查建庫項目，對數(shù)字城管管理系統(tǒng)進行介紹，并闡述了GPS RTK技術(shù)在“數(shù)字城管”中的應(yīng)用。

1 數(shù)字城市管理系統(tǒng)及特點

數(shù)字城市管理系統(tǒng)是基于移動通信網(wǎng)絡(luò)、行業(yè)終端（含數(shù)字城管終端應(yīng)用軟件）和政府內(nèi)部辦公系統(tǒng)，通過地理空間框架數(shù)據(jù)、單元網(wǎng)格數(shù)據(jù)、管理部件數(shù)據(jù)、地理編碼數(shù)據(jù) 等多種數(shù)據(jù)資源的信息共享、協(xié)同工作，實現(xiàn)對城市市政工程設(shè)施、市政公用設(shè)施、市容環(huán)境與環(huán)境秩序的監(jiān)督、管理和預(yù)警的系統(tǒng)。數(shù)字城管系統(tǒng)主要組成：

按照建設(shè)部《城市市政綜合監(jiān)管系統(tǒng)管理部件和事件分類、編碼及數(shù)據(jù)要求城管部件的定位精度應(yīng)符合表1的規(guī)定。

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2 GPS RTK技術(shù)特點

2.1 基本原理

RTK技術(shù)采用差分GPS三類(位置差分、偽距差分和相位差分)中的相位差分。這三類差分方式都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由流動站接收并對其測量結(jié)果進行改正，以獲得精確的定位結(jié)果，RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準(zhǔn)站上，另一臺或幾臺接收機置于流動站上，基準(zhǔn)站和流動站同時接收同一時間相同的GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準(zhǔn)站將所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個改正值及時地通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺傳遞給流動站以精化其GPS觀測值，得到經(jīng)差分改正后的流動站較準(zhǔn)確的實時位置。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運動狀態(tài)。

2.2 測量方法

2.2.1 “無投影/無轉(zhuǎn)換”法。直接用接收機在基準(zhǔn)站和流動站接收WGS-84坐標(biāo)，其后利用觀測的已知點的WGS-84坐標(biāo)和相應(yīng)的地方坐標(biāo)根據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型進行轉(zhuǎn)換。這種方法基準(zhǔn)站不一定要安置在已知點上，但根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換方法，需要觀測一定數(shù)量的已知點。

2.2.2 “鍵入?yún)?shù)”法。把用靜態(tài)觀測求得的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)鍵入到手簿中，進行轉(zhuǎn)換，也可以置入靜態(tài)觀測平差時求取的轉(zhuǎn)換參數(shù)。該方法基準(zhǔn)站須架設(shè)在已知點上，但可以不觀測其他已知點(為了檢核，建議在方便時還是觀測一定量的已知點)。

2.3 誤差分析

RTK定位技術(shù)主要存在兩類誤差:一類是與測站有關(guān)的誤差，包括天線相位中心變化、多徑誤差、信號干擾和氣象因素;另一類是與距離有關(guān)的誤差，包括軌道誤差、電離層誤差、對流層誤差。下面就上述誤差進行分析:

2.3.1 天線相位中心變化。天線的機械中心和電子相位中心一般不重合，而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號的頻率、方位角和高度角。忽視天線相位中心的變化，可使點位坐標(biāo)的誤差達到3~5cm。因此，若要提高精度，必須知道流動站天線和基準(zhǔn)站天線的精確相位圖形，并依據(jù)圖形來改正其數(shù)據(jù)。

2.3.2 多徑誤差。該誤差是RTK技術(shù)定位測量中最嚴(yán)重的誤差。它取決于天線周圍的環(huán)境，多徑誤差一般為5cm，高反射環(huán)境下可達19cm。多徑誤差可通過一些措施予以削弱:選擇地形開闊、無反射面的點位;采用扼流圈天線;基準(zhǔn)站附近鋪設(shè)吸收電波的材料;采用處理數(shù)據(jù)的新技術(shù);接收機內(nèi)采用專門的濾波器削弱數(shù)據(jù)中的多徑誤差等。

2.3.3 信號干擾。對于基準(zhǔn)站而言，測試天線周圍的電磁波干擾非常容易。干擾的強度取決于頻率、發(fā)射臺功率和至干擾源的距離，改正這些影響的主要方法為選點時注意上述因素。

2.3.4 氣象因素。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在天氣急劇變化時，也能導(dǎo)致觀測坐標(biāo)的變化，因此，惡劣天氣不宜進行RTK測量。

2.3.5 軌道誤差。軌道誤差只有幾米，其殘余的相對誤差影響約為1 ppm，就短基線(小于10 km)而言，對其結(jié)果的影響可忽略不計，但對于20~30 km的基線可達到幾厘米。

2.3.6 電離層誤差。電離層效應(yīng)同太陽黑子活動密切相關(guān)。在太陽活動平靜期，其影響小于5 ppm，當(dāng)太陽黑子爆發(fā)時，其影響可達到50 ppm。實踐證明，在太陽黑子爆發(fā)期，不但RTK測量無法進行，即使靜態(tài)GPS測量也會受到嚴(yán)重影響。

2.3.7 對流層誤差。對流層誤差同點間距離和點間高差密切相關(guān)，一般可達3ppm。

為了保證RTK達到厘米級精度，要對測站有關(guān)的誤差一起模擬。

2.4 城管部件細(xì)部測量

一般為兩人一組，一人在基準(zhǔn)站上，一人背著儀器在城管部件處立桿并記錄數(shù)據(jù)。規(guī)定作業(yè)過程中必須保證接收到5顆以上的衛(wèi)星。流動站系統(tǒng)測量前要進行初始化工作，以保證系統(tǒng)以額定的精度水平工作。為了保證成果質(zhì)量，規(guī)定測量人員立點要準(zhǔn)確。

2.5 RTK作業(yè)中應(yīng)注意的問題

在應(yīng)用RTK測量時，要注意以下幾個問題:①減少信號的干擾。對于基準(zhǔn)站而言，要避開在測站周圍100~500 m范圍的UHF、VHF、TV和BP機發(fā)射臺，避開用于航空導(dǎo)航的雷達裝置等強電磁波輻射源。②作業(yè)前，使用隨機軟件做好衛(wèi)星星歷的預(yù)報，應(yīng)選擇在PDOP值小于5的情況下進行RTK測量，否則在野外測量中很難得到“固定解”。

3 結(jié)束語

GPS RTK技術(shù)因高效率、靈活、誤差不積累、厘米級的高精度受到測繪人員的青睞。RTK定位的數(shù)據(jù)處理主要是基準(zhǔn)站和流動站間的單基線處理，而基準(zhǔn)站和流動站的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量及無線電信號的傳播質(zhì)量對定位精度的影響極大。因此，基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)立在要進行RTK測量的RTK無足夠的校核條件，不宜用來作首級控制。隨著數(shù)據(jù)傳輸能力的增強，數(shù)據(jù)的穩(wěn)健性、抗干擾水平和軟件水平的提高，RTK技術(shù)將在各個領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

[1]蔡昌盛，高井祥，張華海.我國GPS綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)進展[J].全球定位系統(tǒng)，2005，30（3）：8-11.

[2]劉文建，黃聲享，林 劍.CORS系統(tǒng)組網(wǎng)方案探討[J].測繪信息與工程，2006，31（2）：44-46.