RTK基站設(shè)置解析

郭 昕 支煥玉 武 娟 梁振興

(1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春 130026；2.華北地質(zhì)勘查局綜合普查大隊(duì)，燕郊 065201；3.北京中色測(cè)繪院有限公司，北京 100012.)

1 概述

在測(cè)量工程領(lǐng)域，RTK技術(shù)已廣泛用于工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量以及地形測(cè)量等各個(gè)方面，這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數(shù)。 目前RTK設(shè)備已相當(dāng)普及，給廣大用戶在測(cè)量工程領(lǐng)域帶來很大便利。但是一些初學(xué)者可能對(duì)RTK基站的架設(shè)方法感到迷惑。現(xiàn)對(duì)各種架設(shè)的方法、注意事項(xiàng)、適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，希望能對(duì)此方面有疑問者提供幫助。

2 GPS-RTK定位原理

選擇一個(gè)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)站，安置GPS接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；并實(shí)時(shí)地將測(cè)量的載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無線電傳送出去。流動(dòng)站通過無線電接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信息，將載波相位觀測(cè)值實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動(dòng)站坐標(biāo)差△X，△Y，△Z；坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)WGS84坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)x，y和高h(yuǎn)。此過程稱作RTK定位過程?？偨Y(jié)兩步：一是獲得滿足精度要求的WGS84坐標(biāo)；二是通過合適的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換獲得最終平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)。此兩點(diǎn)是靈活設(shè)置RTK基站的根本。

3 基準(zhǔn)站架設(shè)分析

3.1 設(shè)置方法

根據(jù)基準(zhǔn)站架設(shè)位置及有無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)通常有以下四種基準(zhǔn)站架設(shè)方法：

1.有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點(diǎn)上設(shè)站；

2.無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點(diǎn)上設(shè)站；

3.有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點(diǎn)上設(shè)站；

4.無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點(diǎn)上設(shè)站；

注：有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)指具有WGS84坐標(biāo)和地方網(wǎng)格坐標(biāo)的控制點(diǎn)。

3.2 基準(zhǔn)站架設(shè)分析

3.2.1 有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點(diǎn)上設(shè)站

這是最基本的基準(zhǔn)站設(shè)置方法，充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料，在室內(nèi)可先建立工程項(xiàng)目同時(shí)完成點(diǎn)校正。將多個(gè)已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)與相應(yīng)的地方網(wǎng)格坐標(biāo)輸入手簿中，解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后在已知控制點(diǎn)上設(shè)置基準(zhǔn)站?；鶞?zhǔn)站和流動(dòng)站均啟動(dòng)后可以直接采集數(shù)據(jù)。為避免誤操作，通常要找其它已知點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核。流程見圖1：

注意事項(xiàng)：務(wù)必使用已知點(diǎn)的原始坐標(biāo)啟動(dòng)基準(zhǔn)站。

適用范圍：工作區(qū)內(nèi)使用靜態(tài)GPS測(cè)量方式先進(jìn)行首級(jí)控制測(cè)量，通過整體網(wǎng)的平差得到一套精度較高的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)?；鶞?zhǔn)站位置良好。

優(yōu)點(diǎn)：室內(nèi)完成點(diǎn)校正，提高了外業(yè)工作效率；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)精度高，可提高采集數(shù)據(jù)的精度。

缺點(diǎn)：受已知控制點(diǎn)條件影響大；設(shè)站不靈活。

3.2.2 無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點(diǎn)上設(shè)站

最常見的基準(zhǔn)站設(shè)置方法，工作區(qū)只有網(wǎng)格坐標(biāo)。基準(zhǔn)站設(shè)在已知點(diǎn)上，流動(dòng)站依次測(cè)量各已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)，將各已知點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的地方網(wǎng)格坐標(biāo)輸入手簿中進(jìn)行點(diǎn)校正，淘汰校正殘差比較大的已知點(diǎn)，解算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集了，為避免誤操作，我們通常還是要找另外已知點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核。

流程見圖2：

注意事項(xiàng)：為了保證精度，現(xiàn)場(chǎng)采集WGS84坐標(biāo)要保證足夠的時(shí)間和精度，點(diǎn)位校正后殘差不超限。

適用范圍：工作區(qū)內(nèi)只有地方網(wǎng)格坐標(biāo)?；鶞?zhǔn)站位置良好。

優(yōu)點(diǎn)：適用性強(qiáng)。

缺點(diǎn)：受已知控制點(diǎn)條件精度影響大；需外業(yè)聯(lián)測(cè)多個(gè)控制點(diǎn)，增加外業(yè)工作量；設(shè)站不靈活。

3.2.3 有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點(diǎn)上設(shè)站

方便的基準(zhǔn)站設(shè)置方法，充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料，在室內(nèi)先建立工程項(xiàng)目同時(shí)完成點(diǎn)校正。將多個(gè)已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)與相應(yīng)的地方網(wǎng)格坐標(biāo)輸入手簿中，解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后在任意位置通過獲得的當(dāng)前地心坐標(biāo)啟動(dòng)并設(shè)置基準(zhǔn)站。但基準(zhǔn)站和流動(dòng)站均啟動(dòng)后采集數(shù)據(jù)不是我們需要的（通常在網(wǎng)格坐標(biāo)x、y上會(huì)有幾米到幾十米的差值）。因?yàn)榈侥壳盀橹刮覀冞€沒有和已知點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)建立任何關(guān)系，啟動(dòng)基準(zhǔn)站時(shí)獲得的地心坐標(biāo)和事先進(jìn)行的點(diǎn)校正地心坐標(biāo)不是同一坐標(biāo)系統(tǒng)。即基準(zhǔn)站的參考坐標(biāo)和點(diǎn)校正地心坐標(biāo)的坐標(biāo)原點(diǎn)位置不同了。也就是說兩個(gè)坐標(biāo)系有所平移，如能計(jì)算出此平移增量，問題就解決了。好在一些儀器內(nèi)增加了這一坐標(biāo)置換功能（重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)），具體作業(yè)時(shí)只要測(cè)得一個(gè)已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)并把正確的坐標(biāo)值輸入進(jìn)行坐標(biāo)置換設(shè)置即可。為了避免誤操作，我們通常還是要找另外已知點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核。

流程見圖3：

注意事項(xiàng)：務(wù)必進(jìn)行坐標(biāo)置換設(shè)置。適用范圍：工作區(qū)內(nèi)使用靜態(tài)GPS測(cè)量方式先進(jìn)行首級(jí)控制測(cè)量，通過整體網(wǎng)的平差可得到一套精度較高的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，儀器支持坐標(biāo)置換功能。

優(yōu)點(diǎn)：可室內(nèi)完成點(diǎn)校正，大大提高了外業(yè)工作效率；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)精度高，可提高數(shù)據(jù)采集精度?；驹O(shè)置靈活。

缺點(diǎn)：不是所有儀器都支持此功能。

3.2.4 無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點(diǎn)上設(shè)站

?

實(shí)用的基準(zhǔn)站設(shè)置方法，通常工作區(qū)只有網(wǎng)格坐標(biāo)。此時(shí)可先建立工程項(xiàng)目同時(shí)輸入已知點(diǎn)的網(wǎng)格坐標(biāo)，然后在任意位置通過獲得的當(dāng)前地心坐標(biāo)啟動(dòng)并設(shè)置基準(zhǔn)站，流動(dòng)站依次測(cè)量各已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)，將各已知點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的平面坐標(biāo)和高程輸入手簿中進(jìn)行點(diǎn)校正，淘汰校正殘差比較大的已知點(diǎn)，從而計(jì)算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，接下來就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集了。

流程見圖4：

注意事項(xiàng)：為了保證精度，現(xiàn)場(chǎng)采集WGS84坐標(biāo)是要保證足夠的時(shí)間和精度，點(diǎn)位校正后要保證殘差不超限。

適用范圍：工作區(qū)內(nèi)只有網(wǎng)格坐標(biāo)，需儀器支持未知點(diǎn)設(shè)站。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)站靈活。

缺點(diǎn)：受已知控制點(diǎn)條件精度影響過大；需外業(yè)聯(lián)測(cè)多個(gè)控制點(diǎn)，增加外業(yè)工作量。

結(jié)語（表1）

上面分析了GPS-RTK基準(zhǔn)站架設(shè)的四種方法，當(dāng)然在設(shè)置過程中還有一些提高工作效率的技巧，如同時(shí)測(cè)量已知點(diǎn)未知點(diǎn)后求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、直接輸入七參數(shù)和基站點(diǎn)地心坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量等方式。靈活使用以上設(shè)站方式可使我們?cè)诠ぷ髦羞_(dá)到事半功倍的效果。

[1]劉大杰，施一民等.全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理[M].同濟(jì)大學(xué)出版社，1996.

[2]徐紹銓，張華海，楊志強(qiáng).GPS測(cè)量原理及應(yīng)用 [M].武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1997.