淺談GPS RTK在測量中的應用

【摘 要】 本文闡述了GPS RTK的工作原理，著重通過工程實例指出GPS RTK在工程測量中的優越性，從而得出幾點體會。

【關鍵詞】 GPS RTK 基準站 流動站

Abstract ： The paper mainly discusses the application of GPS RTK in the measurement.

前言

GPS （Global Position System）即為全球定位系統的簡稱。它是一套利用美國GPS衛星導航系統進行全天侯、全方位的測量定位設備。經過20多年，耗資200多億美元，分三個階段研制，陸續投入使用，并于1994年全面建成。GPS主要由空間衛星星座，地面監控站及用戶設備三部分組成。

RTK（Real Time Kinematic）實時動態差分法。是常用的GPS測量方法，以前的靜態、快速靜態、偽動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態實時差分方法，在工程測量中得到廣泛應用，極大提高了作業效率。

1.GPS測量的特點

相對于常規測量來說，GPS測量主要有以下特點：

1.1測量精度高。GPS觀測的精度明顯高于一般常規測量，在小于50km的基線上，其相對定位精度可達1×10-6，在大于1000km的基線上可達1×10-8。

1.2測站間無需通視。GPS測量不需要測站間相互通視 ，可根據實際需要確定點位，使得選點工作更加靈活方便。

1.3觀測時間短。隨著GPS測量技術的不斷完善，軟件的不斷更新，在進行GPS測量時，靜態相對定位每站僅需20min左右，動態相對定位僅需幾秒鐘。

2.基本方法

RTK作業是由一臺基準站接收機和一臺或多臺流動站接收機以及電臺組成。在作業前，將一些必要的數據輸入GPS控制手薄，比如：已知點坐標、高程、坐標系統轉換參數、水準面擬合參數等。作業中，基準站與流動站保持同時跟蹤至少4顆以上衛星，基準站不斷地對可見衛星進行觀測，將接收到的衛星信號通過電臺發送給流動站，流動站將采集到的GPS觀測數據和基準站發送來的信號傳輸到控制手薄，組成差分觀測值，進行實時差分及平差處理，實時得出特定點的坐標和高程。

基準站一般架在已知點上（也可架在未知點上），一般位于測區中間，視野開闊，周圍無高大的樹木，樓房等建筑物影響，遠離強電磁波干擾及大面積水域等。確定基準站后，流動站依次在待定點上觀測，基準站和流動站同時接收衛星信號，基準站將相關信息：坐標、偽距觀測值、載波相位觀測值、衛星跟蹤狀體等發送給流動站，流動站接收該信息后與衛星信息進行實時差分平差處理，實時得到流動站的三維坐標及其觀測精度信息。系流的顯著特點是GPS測量技術與數據傳輸技術組合而成，其數據傳輸由無線數據鏈完成，數據鏈采用UHF頻段，具有可靠、穩定和抗干擾能力的優點。

3.工程實例：

該工程為齊齊哈爾市龍江縣新城區規劃測量項目，位于龍江縣城東北方向，測區范圍東至碾北公路以東1km，西至龍江縣建城區，南至通齊公路，北至北山水庫。地理位置：北緯47°18′～47°22′，東經：123°09′～123°14′。占地面積約為19標準平方公里。該地區為丘陵地帶，樹木茂盛，地形復雜，通視條件不好，同時考慮到工期較緊等因素，作業手段采用GPS測量。

3.1控制測量

首級控制施測1個GPS-E級網，聯測了2個國家等級三角點：LJ15、LJ35。高程控制點11個（由四等水準直接測得）。E級網由5個控制點組成。施測時，由天寶4600GPS接收機3臺套，以邊連式布網靜態觀測。根據GPS衛星頒布及幾何圖形強度，選擇最佳觀測時段（衛星多余4顆， DOP值小于6），基線邊觀測時間均大于45分鐘。（GPS-E級網圖圖略）

內業處理由GPS隨機攜帶軟件進行解算。GPS二維網平差精度統計：

最弱點平面中誤差：

點名 中誤差（m） 中誤差（m） 中誤差（m）

I4 0.0027 0.00190.0427

基線最弱邊相對中誤差：

起點I3---終點I4：

北方向誤差（m）：1398.4313 中誤差（m）：0.0026 東方向誤差（m）：-1941.3623

中誤差（m）0.0019 平距：2392.5922 中誤差（m）：0.0032 相對誤差：1：741533

以上精度指標均符合《全球定位系統城市測量技術規程》。

在首級控制的基礎上，我們利用中海達8200E雙頻GPS接收機43個永久埋石圖根點，采用同等精度雙觀測取平均值法。在觀測中，取平面和高程中的誤差均小于±1.0cm進行存儲記錄。同時用常規手段對首次控制點及部分圖根點進行了四等水準測量。平差后，每公里高差中誤差為±2.15mm，最弱點高程中誤差為±4.01mm。在進行RTK控制測量時，也進行了高程測量，兩次RTK高程測量成果高程較差為-3.9cm，最小為0.1cm，觀測值中誤差為±1.38cm，平均值中誤差為±1.1cm。

四等水準測量與RTK測量的重合點高差較差最大為-4.6cm，最小為-0.2cm，高程較差中誤差為±2.2cm。如果四等水準網高程中誤差為±2.0cm，RTK高程中誤差也設為±2.0cm?？汕蟮酶叱梯^差理論中誤差為±2.8cm。通過實際求得數值小于該數值，所以RTK高程測量能夠滿足《城市測量規范》精度要求。

3.2地形測量

如果使用傳統儀器進行碎部點采集時，必須要求站與站之間通視，測站與碎部點通視，而且至少2-3人操作，同時多次設站帶來測量誤差的累計。所以為了提高工作效率和人員限制等，使用RTK進行了碎部測量。采用中海達8200E（1+3）雙頻GPS接收機，進行一人負責一片區域數據采集，由于初始化快，不用搬站，單人操作，不受時間限制，所以進行的非常順利采點速度幾乎等于走路速度，充分地發揮RTK快速高精度定位優越性。

4.幾點體會：

4.1GPS RTK技術操作簡便、靈活方便、工作狀態穩定。能夠快速準確測量待定點的坐標和高度，而且精度可達厘米級。與傳統的測量手段相比，人員少、費用低、效率高。

4.2基準站的架設非常重要，它直接影響到流動站的測量精度及速度，因此避開強磁場及其他客觀因素的干擾。

4.3RTK測量在城市空曠地區，村鎮不太密集建筑區、街道上，可在夜間進行，比常規測量方法更具有優越性。

4.4在密集城區，GPS沒有信號，出現盲區，影響碎部測量進度時，可利用RTK增補導線點，配合全站儀，也可快速完成外業，也能達到縮短工期，節約成本的目的。

參考文獻：

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（作者單位：齊齊哈爾市勘察測繪研究院）