測繪工程中GPS—RTK技術在數字化測量中的應用

王智杰 薛永軍

赤峰宏圖測繪規劃設計院，內蒙 赤峰 024001

測繪工程中GPS—RTK技術在數字化測量中的應用

王智杰 薛永軍

赤峰宏圖測繪規劃設計院，內蒙 赤峰 024001

本文通過測繪實踐，簡要介紹GPS—RTK的原理和特點及在數字化圖根控制測量中的應用。與傳統控制測量比較，GPS—RTK測量作業效率高，定位精度高，數據安全可靠，及在像控點聯測中的快速、不受地域條件限制等特性。

工作原理；GPS—RTK技術；應用方向

引言

隨著經濟的快速增長，GPS技術應用已經成為各個國家關注的重要問題。美國國防部為了滿足陸、海、空等各軍兵種的全天候導航定位以及定時之用的需求，于1973年正式批準陸海空三軍共同研制的國防衛星導航系統。GPS技術的迅速發展使得GPS 技術不僅在大地測量、工程測量、航空攝影測量、城市測量等測繪領域得到了應用，而且在軍事、交通、資源、通信、管理等領域展開了研究并得到廣泛應用。目前厘米級實時RTK技術為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。本文通過生產實踐經驗，介紹GPS—RTK技術在數字化控制測量中的應用。

1 GPS—RTK技術的原理

RTK實時動態測量技術，是以載波相位觀測為根據的實時差分技術，它由基準站接收機、數據鏈、 流動站接收機三部分組成。在一定的范圍內，能實時提供用戶點位的三維坐標，并達厘米級的定位精度。

隨著科學技術的不斷發展，RTK技術已由傳統的1+1或1+2發展到了廣域差分系統，有些城市建立起CORS系統，這就大大提高了RTK的測量范圍，當然在數據傳輸方面也有了長足的進展，由原先的電臺傳輸發展到現在的GPRS和GSM網絡傳輸，大大提高了數據的傳輸效率和范圍。在儀器方面，現在的儀器不僅精度高而且比傳統的RTK更簡潔、更容易操作。

2 RTK圖根控制測量

用RTK技術進行外業勘測，可以隨時測量任意點的3維坐標，徹底擺脫后處理地負擔，提高了效率，尤其在深山峽谷，用傳統的測量方法難以進行的地區，更顯示其實時、快速、操作簡單等優點。本文通過實例，對GPS—RTK技術的應用問題進行了初步探討。

2.1 收集測區控制成果，含控制點的坐標，等級，中央子午線，坐標系及控制點是屬常規控制網還是GPS控制網。

2.2 求定測區轉換參數，對于RTK測量，要求實時得出待測點在實用坐標系（1980西安坐標系、1954年北京坐標系或地方獨立坐標系等）中的坐標，因此，坐標轉換問題就顯得尤為重要。實際需要將GPS觀測的84坐標轉換為國家平面坐標（如北京54坐標）或者工程施工坐標。對于WGS－84到國家平面坐標（如北京54坐標）的轉換，我們可以采用高斯投影的方法，這時需要確定WGS84與國家平面坐標（如北京54坐標）兩個大地測量基準之間的轉換參數（三參數或七參數），需要定義三維空間直角坐標軸的偏移量和（或）旋轉角度并確定尺度差。但通常情況下，對于一定區域內的工程測量應用，我們往往利用以往的控制點成果求取“區域性”的地方轉換參數。

（1）采用已有的靜態數據，直接將控制點的WGS－84坐標和國家平面坐標（如北京54坐標）或者工程施工坐標輸入手簿，利用隨機軟件求解坐標轉換參數。

（2）測區只有足夠控制點的地方坐標，相對位置關系精確，但沒有WGS－84坐標。在這種情況下，我們可以利用RTK測量方法，以基準站為起算位置（這個起算位置的坐標由GPS接收機觀測確定，是一個精度有限的大地坐標，但它不影響RTK觀測的相對位置關系），確定各控制點之間相對精確的位置關系，并實時測定WGS－84大地坐標。該方法具體實施時可能會遇到難處，比如控制點的距離太遠，而RTK的作用距離有限。

（3）當某些地方無合適的控制點坐標來設置基準站，也可以采用基準站任意擺放的方式，即虛擬一個基準站，基準站的WGS-84坐標直接從測量手簿讀取，然后流動站再到各個控制點上去采集WGS-84坐標。

2.3 選擇基準站及設置，GPS－RTK定位的數據處理過程是基準站和流動站之間的單基線處理過程，基準站和流動站的觀測數據質量好壞、無線電的信號傳播質量好壞對定位結果的影響很大，基準站位置的有利選擇非常重要。

2.4 流動站設置包括建立項目和坐標系統管理、流動站電臺頻率選擇、有關坐標的輸入、GPS RTK工作方式選擇，流動站工作啟動等。以上設置完成后，可以啟動GPSRTK流動站，開始測量作業。

2.5 測量前的質量檢查，為了保證RTK的實測精度和可靠性，必須進行已知點的檢核，避免出現作業盲點。研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%， RTK比靜態GPS還多出一些誤差因素如數據鏈傳輸誤差等。因此，和GPS靜態測量相比，RTK測量更容易出錯，必須進行質量控制。我們一般采用了以下兩種方法：（1）已知點檢核比較法—用RTK測出已知控制點的坐標進行比較檢核，發現問題即采取措施改正。（2）重測比較法—每次初始化成功后，先重測1-2個已測過的RTK點或高精度控制點，確認無誤后才進行RTK測量。最可靠的是已知點檢核比較法，但控制點的數量總是有限的，所以沒有控制點的地方需要用重測比較法來檢驗測量成果。

經過以上已知點的檢核后，符合要求后開始作業。

2.6 內業數據處理，數據傳輸就是在接收機與計算機之間進行數據交換。GPS RTK測量數據處理相對于GPS靜態測量簡單得多，如用TGO軟件處理接收機導入的測量數據（*.dc），直接可以將坐標值以文件的形式輸出和打印，得到控制點成果。

3 精度分析

我們在完成研究區1：500數字化地形測量中（面積約17平方公里）用GPS RTK進行圖根控制。為了檢驗RTK控制點的實際精度，RTK測量結束后，我們用全站儀（2″）對部分相互通視的點實測的邊長、高差與測量坐標反算邊長、高差比較，最大邊長較差0.018米，最小邊長較差0.001米，邊長間距中誤差為0.007米，高差（△H）最大較差為0.053米，最小為0.000米。結果表明所測點精度良好。可以看出， RTK實測精度完全符合導線測量精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題。根據以往的經驗，RTK測量平面精度受外界因素影響較小，而高程精度受影響較大，其主要原因是受地球高程異常地影響。

經過返工處理后，各點均達到了精度要求。綜上所述，GPS－RTK測量技術，完全可以滿足像數字化圖根控制測量的需要，測量精度能達到規范的要求。而且在山高坡陡不通視的地區更顯其快速、方便、不受限制的優越性。

4 RTK技術應用的主要方向

4.1 雙星系統是GPS－RTK發展的熱點，它可接收14～20顆衛星左右，是常規RTK所無法比擬的，該技術使GPS設備具備最短時間達到厘米級精度的能力與最強的抗干擾遮擋能力。

4.2 VRS正在改善著RTK定位的質量和距離，增強RTK的可靠性，并減少OTF初始化的時間。VRS技術，可以在50Km左右時使RTK定位平面位置精度為1～2cm，并無需設立自己的基準站。其應用領域將逐漸涵蓋陸地測量、地籍測量、航空攝影測量、GIS、設備控制、電子和煤氣管道、變形監測、精準農業、水上測量、環境應用等諸多領域。VRS是天寶提出的網絡RTK作業模式，現在世界上90%的網絡RTK都是應用VRS。

4.3 GPS為代表的衛星導航應用產業已成為當今國際公認的八大無線產業之一，也是全球發展最快的三大信息產業之一。GPS與計算機、通信、GIS、RS等技術的集成與融合必將使GPS技術的應用領域得到更大范圍的拓廣。

5 結語

GPS－RTK測量具有很多優越性。但GPS－RTK測量技術也有其局限性，作業過程中，要充分考慮各種因素的影響，如觀測死角、衛星個數、磁場干擾，以及人為操作不合理等。

通過對研究區測量工作的分析，可以看到GPS－RTK技術不僅省時、省力，提高了工作效率，減輕了勞動強度，還可以完成一些傳統測量作業非常困難的任務。由于其測量精度的提高，必將應用于更多的，不同的測量工作中。與傳統的導線測量比較，RTK圖根控制測量自動化程度高，實時提供經過檢驗的成果資料，無需數據后處理。擁有彼此不通視條件下遠距離傳遞三維坐標的優勢，并且不像導線測量那樣產生誤差累積，定位精度高，數據安全可靠。操作簡單，作業速度快，勞動強度低，節省了外業費用，提高了勞動效率。可以說GPS－RTK技術非常適合大規模的數字化地形圖測量。

[1]周忠漠.GPS衛星測量原理與應用[M].北京測繪出版社，1997: 99～106.

[2]張杏谷.GPS的SA動向.世界海運，2000.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.028