網絡RTK技術在山區工程測量中的應用

張添兵

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060)

1 前言

GPS實時動態定位(RTK)技術應用于測量領域已經是一項很成熟的技術，使用RTK技術可以方便、快捷、高效地實現高精度的測量作業。RTK技術按實現手段可分為兩種:一種以通過無線電技術接受單基站廣播改正數的常規RTK技術;另一種是基于Internet數據通訊鏈獲取虛擬參考站(VRS)播發改正數的網絡RTK技術。

常規RTK僅局限在較短距離范圍內，隨著流動站與參考站間距離的增長，各類系統誤差殘差迅速增大，導致無法正確確定整周模糊度參數和取得固定解。常規RTK解算精度通常僅為分米級，且隨著基線的增長而降低。

為了解決常規RTK技術存在的缺陷，實現區域范圍內厘米級、精度均勻的實時動態定位，網絡RTK技術應運而生。網絡RTK技術的出現，突破了常規RTK作業系統分散、相互獨立、作業距離短、基站更換頻繁、可靠性和精度隨距離增長而降低等缺陷，不僅滿足了常規測量的需求，而且還可以為城市規劃、天氣預報、城市交通、公共安全等領域服務。目前，廣州市已經建立了廣州市連續運行衛星綜合服務系統(GZCORS)，共有8個連續運行基準站，如圖1所示。

本文結合山區的一宗高壓線竣工驗收測量工程實例，加深對網絡RTK技術的認識，并通過對測量前的精度控制及測量后的統計分析，證明網絡RTK技術在山區工程測量中具有較強的可行性和可靠性。

2 VRS的系統構成及工作原理

2.1 VRS的系統構成

圖1 GZCORS基站分布圖

VRS系統集GPS、Internet、無線通信和計算機網絡管理技術于一身。VRS的系統構成由GPS固定基準站系統、數據傳輸系統、GPS網絡控制中心系統、數據發播系統和用戶系統五部分組成。

2.2 VRS的工作原理

一個VRS網絡由3個以上的固定基準站組成，站與站之間的距離可達 70 km，固定基準站負責實時采集GPS衛星觀測數據并傳送給GPS網絡控制中心，由于這些固定基準站長時間的觀測數據，故點位精度很高。固定基準站與控制中心之間可通過光纖、ISDN或普通電話線相接，將數據實時地傳送到控制中心。其工作原理和流程如圖2所示。

圖2 VRS網絡流程圖

(1)各個參考站通過Internet連續不斷地向數據控制中心傳輸觀測數據;

(2)控制中心實時在線解算各基準站網內的載波相位整周模糊度值和建立誤差模型;

(3)流動站將單點定位/或DGPS確定的位置坐標(NMEA格式)，通過無線移動數據鏈路(如 GSM/GPRS、CDMA)傳送給數據控制中心，控制中心在移動站附近位置創建一個虛擬參考站(VRS)，通過內插得到VRS上各誤差源影響的改正值，并按RTCM格式通過NTRIP協議發給流動站用戶;

(4)流動站與VRS構成短基線。流動站接收控制中心發送的虛擬參考站差分改正信息或者虛擬觀測值，進行差分解算得到用戶的精確位置，得到厘米級的定位成果。

3 網絡RTK技術在山區架空高壓線竣工測量工程中的應用

3.1 測區情況

廣州市花都區220 kV架空高壓線竣工測量工程，位于廣州市花都區與清遠市交界處，西起花都變電站，沿東西方向并排走向途經獅嶺鎮、芙蓉鎮、花山鎮，東至京珠高速公路北延線山前大道出口，橫跨京珠高速北延線、山前大道、106國道。此高壓線路是廣州市“北優”的電力能源供給線，總里程 118.17 km，共設有325個高壓鐵塔(圖3為線路圖)。

圖3 花都區220 kV架空高壓線工程線路圖

3.2 網絡RTK控制測量

(1)控制測量方法選擇

由于本工程高壓走廊線路西段多修建于高山之上，大部分高壓走廊線路位于北部山區，小部分經過城鎮路段，經調查核實本山區段幾乎沒有可利用的測量控制點，城鎮路段的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級導線點也大部分被破壞。如何快速精確地提供控制點，將直接影響工作的效率。常規控制測量如導線測量要求點間通視，費工費時;GPS靜態測量點間不需通視，其測量精度高，但需事后進行數據處理，不能實時知道定位結果且投入人力物力較大;GPS實時差分定位RTK技術能實時解算進行數據處理得到高精度點位位置信息，但這種常規RTK作業由于系統分散、相互獨立、作業距離短、基站更換頻繁，可靠性和精度隨距離增長而降低;網絡RTK技術采用誤差逐項改正、集中計算，通過用戶數據中心集中發布的方法，突破常規RTK的缺陷，可向大量用戶同時提供高精度、高可靠性、實時的定位信息。因此本山區架空高壓線竣工驗收測量控制點以直接布設網絡RTK點為主，在部分RTK信號或觀測條件欠佳地方以全站儀布設圖根導線點為輔，兩種方法相結合以提高工作效率。

(2)控制測量精度技術指標

充分利用廣州市連續運行衛星綜合服務系統(GZCORS)8個連續運行基準站，沿高壓線路全線布設統一控制網，從網絡RTK外業操作、質量控制、內業資料整理，按表1、表2、表3、表4技術指標實施網絡RTK技術測量精度控制。本工程使用的GPS儀器設備:THALES Navigation生產的Z－MAX GPS－RTK設備3臺套，標稱精度 X、Y:±10 mm+0.5 ppm，Z:±20 mm+1 ppm，測程 10 km以上。

網絡RTK控制測量，布設3點為1組，圍繞高壓鐵塔測設，至少兩個通視方向。通過重復檢測控制點量50%，通視邊長相對精度、夾角較差值等進行質量控制。利用測量區域現有等級控制點進行內插檢核網絡RTK成果質量。

網絡RTK測量環境要求 表1

網絡RTK點高差校核技術指標 表2

網絡RTK測量基本技術指標 表3

網絡RTK控制點平面校核技術指標 表4

(3)網絡RTK作業方法

①儀器擺設:流動站擺設三腳架，安裝基座，儀器對中整平，GPS流動站接收機開機后，用儀器專用量高儀多方向量取儀器高度，互差≤±2 mm時可輸入其平均值。

②打開手簿，用GPS網絡連接GZCORS中心，然后打開測地通軟件，利用藍牙使手簿與流動站接收機接通，啟動手簿VRS直至得到固定解。

③得到固定解后，觀測所需控制點30個歷元為第1次成果，每個控制點的數據采集不少于3次固定解，每次觀測前均需對手簿進行復位。

④使用測地通軟件導出觀測控制點的WGS－84坐標，通過GPRS網絡進行實時在線坐標轉換，并將轉換后各控制點的幾次坐標成果取平均值，最終得出控制點廣州三維坐標。

3.3 網絡RTK控制點精度統計分析

全線共布設網絡RTK點338個，形成統一成果報告。RTK點控制測量二次初始化點位平面中誤差±1.0 cm，高程中誤差±1.1 cm;檢測點位平面中誤差±9.0 cm，高程中誤差±1.4 cm。高差檢測控制邊長149條，高差、邊長相對中誤差精度高;角度檢測126個，角度較差小于60″，符合限差要求。采用三角高程檢測高差，全站儀檢測角度邊長，精度符合規程的要求，如表5、表6所示。

網絡RTK控制點通視邊邊長度統計表 表5

網絡RTK控制點間邊長、高差、角度檢測結果精度統計 表6

通過對網絡RTK控制點精度的統計，我們不難看出此次網絡RTK控制點完全符合規程要求，達到精度要求，在此次山區架空高壓線竣工驗收測量中具有舉足輕重的地位。網絡RTK技術解決了常規RTK作業系統分散，相互獨立，作業距離短，基站更換頻繁，可靠性和可行性隨距離降低等問題。網絡RTK技術具有精確性好，覆蓋范圍廣，實時快速，在山區工程測量中有極大的優勢。

4 總結

(1)網絡RTK技術的出現，使一個地區的所有測繪工作成為一個有機的整體，結束了以前GPS作業單打獨斗的局面。實踐證明:網絡RTK技術靈活機動測量特性在山區、熱帶叢林穿越的高壓線路驗收測量中得天獨厚，可顯著提高工作效率，同時具有精確性好，覆蓋范圍廣，實時快速，在山區工程測量中有極大的優勢。

(2)該工程高壓線路西段多建于高山之上，大部分高壓線路位于廣州北部山區，移動網絡信號較弱，根據廣州特殊地理位置，盡量避開下午2時～5時時段(該時段電離層活躍，基準站同步固定衛星數少)。

(3)為了檢測網絡RTK控制點的準確性，各個高壓鐵塔間所布設RTK點盡量通視，條件允許的情況下聯測各組RTK點可相互聯測。

(4)網絡RTK測量技術在山區工程測量中要嚴格按照測量流程，合理布點，同時要不斷進行質量檢核(特別是高程)，條件允許的情況下最好聯測附近的等級控制點，以確保測量的準確性。

［1］周忠謨，易杰軍，周琪編．GPS衛星測量原理與應用［M］．北京:測繪出版社，2004．

［2］隋海燕．GPS RTK的測量原理及應用［J］．北方交通，2009(4)．

［3］ 周建鄭，唐保華，馬文明等．工程測量［M］．鄭州:黃河水利出版社，2006．

［4］ 王大鵬．基于GZCORS的PDA專項測量技術集成應用［J］．測繪科學，2011(專刊):170～171．

［5］ 王大鵬．基于數字地形測量的GPS－RTK技術應用分析［J］．地理空間信息，2009(1):14～16．

［6］劉經南，劉暉．城市連續運行衛星定位服務系統——城市空間數據的基礎設施［J］．武漢:武漢大學學報(信息科學版)，2003．