GPS-RTK技術在地形測繪中的應用研究

牛琦道

摘 要 常規的地形測繪方法通常是應用全站儀配合測圖軟件進行，即首先在測區內布設首級控制網，然后布設圖根控制點，最后在控制點上安置儀器測繪地形圖。這種方法要求測站與碎部點間必須通視，且受視距限制，工作效率不高。GPS-RTK定位技術具有精度高、速度快、施測靈活、點間不必通視等優點。

關鍵詞 GPS-RTK技術;地形測繪;測繪方法

1GPS-RTK概述

RTK實時動態差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態實時差分方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現為工程放樣、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。

高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術就是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。在RTK作業模式下，基準站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數據鏈接收來自基準站的數據，還要采集GPS觀測數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結果，歷時不足一秒鐘。流動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態;可在固定點上先進行初始化后再進入動態作業，也可在動態條件下直接開機，并在動態環境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結果。

2GPS-RTK測量系統的設備

GPS-RTK測量系統主要由GPS接收機、數據傳輸系統、軟件系統三個部分組成。

2.1 GPS接收機

GPS-RTK測量系統中至少包含兩臺GPS接收機，其中一臺安置于基準站上，另一臺或若干臺分別置于不同的用戶流動站上。基準站應設在測區內較高點上，且觀測條件良好的已知點上。在作業中，基準站的接收機應連續跟蹤全部可見GPS衛星，并利用數據傳輸系統實時地將觀測數據發送給用戶站。GPS接收機可以是單頻或雙頻。當系統中包含多個用戶接收機時，基準站上的接收機采用雙頻接收機，其采樣時間間隔與流動站接收機采樣時間間隔相同[1]。

2.2 數據傳輸系統

基準站同用戶流動站之間的聯系是靠數據傳輸系統（簡稱數據鏈）來實現的。數據傳輸設備是完成實時動態測量的關鍵設備之一，由調制解調器和無線電臺發射出去。在用戶站上利用無線電接收機將其接收下來，再由解調器將數據還原，并送給用戶流動站上的GPS接收機。

2.3 RTK測量的軟件系統

軟件系統的功能和質量，對于保障實時動態測量的可行性、測量結果的可靠性及精度具有決定性意義。實時動態測量軟件系統應具備的基本功能為：

（1）整周未知數的快速解算。

（2）根據相對定位原理，實時解算用戶站在WGS-84坐標系中的三維坐標。

（3）根據已知轉換參數，進行坐標系統的轉換。

（4）求解坐標系之間的轉換參數。

（5）解算結果的質量分析與評價。

（6）作業模式（靜態、準動態、動態等）的選擇與轉換。

（7）測量結果的顯示與繪圖。

3GPS-RTK測量工作模式及應用

根據用戶的要求，目前實時動態測量采用的作業模式主要有：

3.1 快速靜態測量

采用這種測量模式，要求GPS接收機在每一用戶站上靜止地進行觀測。在觀測過程中，連同接收到的基站的同步觀測數據，實時地解算整周未知數和用戶站的三維坐標。如果解算結果趨于穩定，且精度已滿足設計的要求，便可適時的結束觀測工作。

采用這種模式作業時，用戶站的接收機在流動過程中，可以不必保持對GPS衛星的連續跟蹤，其定位精度可達1～2cm。這種方法可應用于城市、礦山等區域性的控制測量、工程測量和地籍測量等。

3.2 準動態測量

采用這種測量模式，通常要求流動的接收機在觀測工作開始之前，首先在某一起始點上靜止地進行觀測，以便采用快速解算周未知數的方法實時地進行初始化工作。初始化后，流動的接收機在每一觀測站上，只需靜止觀測幾個歷元，并連同基準站的同步觀測數據，實時地解算流動站的三維坐標。目前，其定位的精度可達厘米級。

但這種方法要求接收機在觀測過程中，保持對所測衛星的連續跟蹤。一旦發生失鎖，便需要重新進行初始化工作。

準動態實時測量模式，通常主要應用于地籍測量、碎部測量、路線測量和工程放樣等。

3.3 動態測量

動態測量模式，一般需首先在某一起始點上，靜止地觀測數分鐘，以便進行初始化工作。之后，運動的接收機按預定的采樣時間間隔自動進行觀測，并連同基準站的同步觀測數據，實時地確定采樣點的空間位置。目前，其定位的精度可達厘米級。

這種測量模式，仍要求在觀測過程中，保持對觀測衛星的連續跟蹤。一旦發生失鎖，則需要重新進行初始化。這時，對陸地上的運動目標來說，可以在衛星失鎖的觀測站上，靜止地觀測數分鐘，以便重新初始化，或者利用動態初始化（AROF）技術，重新初始化。而對海上和空中的運動目標來說，則只有應用AROF技術，重新完成初始化的工作。

實時動態測量模式，主要應用于航空攝影測量和航空特探中采樣點的實時定位，航道測量，道路中線測量，以及運動目標的精密導航等。

目前，實時動態測量系統，已在約30KM的范圍內，得到了成功的應用。隨著數據傳輸設備性能和可靠性的不斷完善和提高，以及數據處理軟件功能的增強，他的應用范圍將會不斷擴大，其定位精度也會不斷提高。

4精度分析

為了測定運用RTK是否能滿足地籍測量的精度要求，以下選取了GPS-RTK測量基準網點，架設RTK基準站、流動站在離基準站5公里范圍內，有目的地施測了5級控制點、E級GPS控制點和宗地權屬界址點共計12個點，并采用靜態GPS測量技術、全站儀測量技術測量宗地權屬界址點坐標，將這些測量結果、已知成果與RTK測量結果相比較。

5結束語

RTK測量結果與其他測量技術獲取的測量結果互差均在厘米級，其中互差最大為1.8厘米，最小為0.0厘米，平均為0.88厘米。可以認為GPS RTK測量結果的點位精度達到厘米級，而且點位之間不存在誤差累計，克服了傳統測量技術的弊病，完全滿足土地測量的測量精度要求。

參考文獻

[1] 彭鑫.GPS-RTK測量技術在地形測繪中的應用[J].西部資源，2018， （6）：145-146.