GPS—RTK技術在國土測繪中的應用分析

新興縣國土資源局測繪隊 527400

摘要：本文闡述了GPS-RTK技術原理與常用測量方法，分析了影響RTK測量精度的因素，并結合國土測繪案例探討了RTK技術的應用。

關鍵詞：GPS-RTK；國土測繪；應用

國土測繪在國民經濟建設和社會發展中正發揮著越來越大的作用，由于經濟發展對資源的依賴，若處理不好資源消耗與生態環境保護之間的關系，就會影響社會經濟的可持續性，國土測繪是為資源利用特別是土地資源合理利用提供服務的基礎性工作，通過為土地資源管理部門及社會各界提供及時、準確的地理信息，為社會經濟的可持續發展創造條件。進行國土測繪時，常規測繪方法工作強度大、作業效率低，很難充分滿足測繪工作的需要，而GPS-RTK技術具有全天候觀測、布點靈活、測量精度高、計算速度快等優勢，易于滿足國土測繪的需要。但是應用GPS-RTK技術不僅要知其優點，也要了解其不足，這樣才能掌握測量精度，使GPS-RTK技術得到更好的應用，為此本文作了分析和探討。

1 GPS-RTK技術的基本原理與測量方法

1.1 RTK原理

RTK是基于GPS位置差分、偽距差分和載波相位差分的動態定位測量技術[1]。不經過差分校正的GPS技術只能達到亞米級精度，無法滿足精確測量要求。RTK利用基準站發送上述3種差分方式的改正數，再由移動站接收并對測量結果進行修正，這樣就能獲得更精確的定位結果。但3種差分方式所獲得的精度是不一樣的，位置差分和偽距差分定位誤差與流動站到基準站之間的距離密切關系，隨著距離增加定位精度下降很快，所以一般采用載波相位差分方法。通常，RTK測量由1個基準站和1個或多個流動站組成?；鶞收静杉疓PS衛星載波相位觀測值和站點坐標數據，流動站既采集GPS衛星載波相位值，也同時接受基準站的信息，經過OTF技術求解整周模糊度并作實時差分、平差處理，最后得到本站坐標數據。為了完成整周模糊度的求解，要求至少能夠接收到5顆衛星，并且這些衛星的幾何分布PDOP值≯6。為了消除或削弱鐘差、星歷誤差、電離層與對流層的延遲誤差等各類誤差，RTK需采用雙差觀測值，這樣可以達到厘米級精度。

1.2 GPS-RTK測量方法

目前，GPS-RTK常采用兩種方法，一是“無投影/無轉化法”，即基準站、流動站分別接收WGS-84坐標及相應地方坐標，然后用已知點坐標進行轉換，基準站不需要一定設在已知點上，通過坐標轉換也能得到站點坐標；二是“鍵入參數法”，不像前一種方法需要測量若干已知點坐標，但基準站必須設在已知點上，再利用靜態觀測獲得相應坐標并鍵入手簿中轉換或輸入靜態觀測平差取得轉換參數。對測量結果可以采用已知點校核比較、重測比較、電臺變頻實時檢測等方法控制測量質量，已知點數量充足時采用已知點控制是最理想的，若已知點數量不足可利用重測比較法進行控制，若有2個以上的基準站也可采用電臺變頻法進行控制。

2 影響GPS-RTK測量精度的因素

2.1 外界影響因素

外界影響因素包括衛星幾何分布、多路徑效應、流動站到基準站的距離。衛星幾何分布包括衛星幾何形狀和高度角，一般可用GDOP衡量，它由HDOP（二維定位模糊度）、VDOP（高度定位模糊度）、PDOP（三維定位模糊度）和TDOP（時間模糊度）來描述。GDOP較小時有利，也就是1個衛星在天頂，其余衛星相距120°左右，此時衛星幾何形狀最優。高度角較大時測量的平面精度和高程精度也較好[2]。多路徑效應是指測站周圍多路徑反射面信號傳播對GPS衛星信號造成的延遲影響，如測站之間的大面積水面、山谷、盆地、高層建筑物以致無線電臺都會成為RTK測量的誤差源，尤其對快速靜態和動態GPS-RTK定位影響大，并有可能成為主要誤差源，實驗證明茂密的樹林內、太靠近高壓線、在高樓下面測量精度可能會受到較大影響[3]。流動站到基準站的距離影響前面已有所涉及，當兩站距離較大時，GPS誤差的空間相關性減弱，不能通過差分處理來消除誤差，經實驗驗證兩站距離控制在10km內才能有效限制誤差影響。

2.2內部影響因素

內部影響因素包括浮點解和坐標轉換影響。浮點解是指模糊度參數取實數時求解出的基線向量解。當受到GPS信號不佳、衛星狀況不好、視場受障礙物影響時，解算整周模糊度遇到困難，此時就可能形成浮點解，實驗結果也表明浮點解會造成較大的平面誤差和高程誤差，這樣測量的精度已超出了一般工程測量要求，所以測量人員應對整周模糊度解算過程有所了解，避免浮點解的出現。在遇到觀測條件較差的地段，通過增加觀測時間可以提高測量精度。求解坐標轉換參數是RTK測量中非常重要的一個環節，在求解坐標轉換參數時公共點的選擇直接影響測量精度，為此應采用高等級控制點作為公共點，也就是在測區范圍內不少于2個控制點，并能均勻覆蓋整個測區，相鄰控制點的距離不宜過大，保持3～5km較佳，這樣可以獲得較高的擬合精度。

3 GPS-RTK技術在國土測繪中的應用

3.1 項目概況

某測區位于市郊，地勢平坦，但分布大量房屋、魚塘和樹木，影響通視。需要測量的地塊呈帶狀，作業半徑有5km之闊，宗地數量多，權屬關系復雜，要在規定時間內通過全站儀導線網、圖根三角測量建立控制網，再進行碎步測量，完成權屬界址點測量幾無可能，而利用GPS靜態或快速靜態相對定位測量不需要通視，效率較高，但無法實時獲取定位精度，若經內業處理發現精度不滿足要求再重測也必然影響作業進度，而RTK技術不僅能夠實時獲取定位精度，還能快速完成碎步測量，所以經過分析比較決定通過RTK建立圖根測量控制網，碎步測量則采用RTK結合全站儀的方法，在房屋密集、隱蔽地段聯合觀測更有優勢。

3.2實施方法

采用“鍵入參數法”進行測量。首先建立基準站，如前所述，RTK技術測量距離不宜超過10km，按照這個要求選定測區一棟樓房屋頂的E級GPS控制點作為基準站，衛星接收狀況也比較理想。坐標轉換可選擇三參數、四參數、七參數，結合本測區作業半徑大、E級GPS控制點多的實際情況，采用七參數更易于保證測量精度，所以通過選擇10個分布均勻的公共點，求取WGS-84坐標系到1980西安坐標系的轉換參數，并鍵入基準站RTK接收機中。然后設置接收機電臺頻率、工作方式，開始測量作業。

先對RTK作業精度進行分析。采用已知點比較校核法檢驗了10個E級GPS控制點的精度，點位中誤差=0.011m，高程中誤差=0.019m，滿足RTK測量技術規范要求。為了檢驗圖根控制測量精度，采用全站儀一級導線聯測了部分控制點，較差結果為=±0.015m， =±0.025m，精度也達到要求。通過全站儀極坐標法聯測了300個碎部點，點位誤差較差、高程誤差較差結果表明，RTK碎步測量精度完全可以滿足相關規范要求。

4 結語

GPS-RTK技術是GPS全球定位技術之后的具有里程碑意義的新技術，具有靈活高效、測量精度高的優勢，可大幅提高國土測繪的精度和效率，必將在國土測繪中發揮重要的作用，并獲得更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1] 粱銘.GPS-RTK技術在地籍測繪中的應用[J].全球定位系統，2014，39（4）：97-100.

[2] 鄭建雷，劉國超，徐秀杰，等.GPS RTK測量精度的分析[J].地理空間信息，2014，12（6）：97-99.

[3] 徐仁廣.多路徑效應影響下GPS-RTK測量精度的分析[J].測繪與空間地理信息，2013，36（5）：94-96.