GPS—RTK技術在城市地形圖測量中應用研究

駱喜++向松林

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.011

摘 要：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會產生誤差累積，定位精度高，數據安全可靠。該文以貴陽某測區案例為研究背景，探討了trimble 5800 GPS-RTK接收機在圖根控制測量中的應用，簡述了RTK的工作原理，并對其精度進行了分析，根據GPS-RTK技術在圖根控制測量中的應用情況提出幾點建議，希望對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：GPS-RTK 控制測量 精度

中圖分類號：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（c）-0011-02

隨著衛星定位技術的快速發展，人們對快速高精度位置信息的需求也日益強烈。而目前使用最為廣泛的快速高精度定位技術就是RTK（實時動態定位：Real Time Kinematic），RTK技術的關鍵在于使用了GPS的載波相位觀測，并利用了參考站和移動站之間觀測誤差的空間相關性，通過差分的方式除去移動站觀測數據中的大部分誤差，從而實現高精度（分米甚至厘米級） 的定位。它的出現為工程放樣、地形測圖等各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業作業效率。

1 RTK概論

1.1 RTK的工作原理

RTK是以載波相位觀測為根據的實時差分GPS測量，它能夠實時提供測站點在指定坐標系中的厘米級精度的三維定位結果。RTK定位測量通常是由一個基準站和一個或多個流動站組成，接收機之間建立實時數據通訊。開始作業時，流動站首先依次在兩個或兩個以上已知點上進行測量，通過實時數據傳輸和基準站觀測數據進行差分處理，得到流動站與基準站之間的高精度GPS基線向量。同時，利用已知點之間GPS基線向量（間接基線）及已知坐標數據，求得GPS三維基線向量轉換到當地坐標系統三維基線向量的轉換參數，及基準點的當地坐標，這個過程稱為初始化，初始化完成后即可開始測量。流動站到待測點上，通過與基準站觀測數據的實時差分處理，求得基準站到流動站的高精度的當地坐標系統三維坐標差。

1.2 RTK測量系統的組成

RTK測量系統一般由以下3部分組成：GPS接收設備、數據傳輸設備、軟件系統。數據傳輸系統由基準站的發射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現實時動態測量的關鍵設備，該基本組成至少需要一個基準站和一個流動站。

2 RTK測量實例

2.1 測區范圍概況

測區位于貴陽市某區，面積約為6 km2。測區多為居民區及工廠，西邊較少部分臨山。總體上測區地勢較為平坦、建筑物平均高度較低。海拔1 900～2 000 m左右。測區共有4個街區，上百家大小單位，近七個村莊。

在進行測量工作前，收集了測區相應的資料。收集到測區范圍內及其周邊41個I級導線點成果（高程為三等水準成果）。在該次測繪工作中，平面采用2004昆明坐標系；高程采用1985國家高程基準。

采用的主要儀器設備主要有：雙頻trimble 5800 GPS-RTK、徠卡TS06全站儀3臺、筆記本電腦6臺等。

2.2 RTK測量的具體步驟

RTK測量采用貴陽市獨立坐標系CORS網，測量的具體步驟如圖1。

2.2.1 流動站設置

1個流動站只需1名測量員通過手簿進行測量操作。連接好流動站接收機、天線、測桿后，先進行測量類型和電臺的配置，使其與基站無線電連接，輸入流動站的天線高，輸入觀測時間、次數，設置機內精度，機內精度指標預設為點位中誤差±1.5cm，高程中誤差±2.0 cm，PDOP<6。

2.2.2 校正測量

由于基準站設置于未知點上，因此必須對已知點進行校正測量，才能在手簿上求解出WGS-84坐標與當地坐標系之間的轉換參數。校正點的數量視測區的大小而定，一般取3～6點為宜。在手簿中輸入校正點的當地坐標，流動站置于校正點上測量出該點的WGS-84坐標，將所選的校正點逐一測量后，通過手簿上的點校正計算即可求解出轉換參數。點校正測量結束后，先在已知點上測量，檢查轉換參數無誤后才能進行新的測量。

2.2.3 圖根點控制測量

圖根點的布設應該以點組的形式出現，每組應有兩個或者三個兩兩通視的圖根點組成，以便于安置全站儀測量時定向和測站檢核，圖根點之間的距離應隨點位而定，一般不超過100 m。圖根點測量時只需在測站上輸入點名，按提示測量存儲，正常情況下，5 s即可結束一個點的觀測。該測區一共布設了287個圖根點。

2.3 精度分析

在整個測區約6 km2的范圍中，用GPS-RTK一共布設了287個圖根點。為了檢驗RTK圖根點的實際精度，RTK測量結束后，用全站儀（徠卡TS06power 5〞）對部分相互通視的點實測檢查。

在進行全站儀實測過程中，首先檢查邊長。用I級導線點檢查RTK實測圖根點，進行邊長復測檢查（見表1）。

除了對邊長檢查外，還對部分圖根點與I級導線點進行聯測，再對RTK實測圖根點進行復測，對復測得到的坐標與RTK實測圖根點測量坐標的反算邊長、高差比較，得到點位置最大誤差為4.1 cm，高程誤差最大為5.9 cm，結果表明所測點精度良好。因此可以看出， RTK實測精度完全符合圖根測量的精度要求，而且RTK測量誤差分布均勻，不存在誤差積累問題（見表2）。

3 結論

（1）RTK圖根控制測量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。

（2）擁有在彼此不通視條件下遠距離傳遞三維坐標的優勢，定位精度高，數據安全可靠。

（3）精度達到圖根點等級要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題。

（4）GPS-RTK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。

綜上所述，GPS-RTK測量的精度完全能滿足圖根控制測量的要求，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、作業不受通視條件影響、單站測量控制范圍廣、操作簡單、能有效減少因地形復雜帶來的繁重工作量，顯現出RTK的作業優勢。

參考文獻

[1] 潘純建，蔣亞軍，張國權.RTK技術在圖根控制測量中的應用[J].地礦測繪，2007，23（1）：30-32.

[2] 周曉華，李永興，吳根姣，等. RTK技術在控制測量中的應用探討[J].測繪通報，2007（7）：41-42.

[3] 孔祥元，梅是義.控制測量學[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，1996.

[4] GJJ/T 73-2010.全球定位系統城市測量技術規程[S].中國建筑工業出版社，2010.

[5] CJJ 8-1999，城市測量規范[S].