孫全付

（云南地質(zhì)工程第二勘察院，云南 昆明 650218）

1 GPSRTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)技術(shù)的介紹

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)技術(shù)簡(jiǎn)稱RTK，又稱載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)量的差分方法。先求解起始相位整周模糊度，又稱RTK初始化，然后進(jìn)行實(shí)時(shí)差分，它要求基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)實(shí)時(shí)地把觀測(cè)精度及已知點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸給流動(dòng)站GPS接收機(jī)，流動(dòng)站快速求解整周模糊度，在觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星后，可實(shí)時(shí)求解出厘米級(jí)的流動(dòng)站動(dòng)態(tài)位置。

1.1 RTK測(cè)量的原理

RTK技術(shù)采用相位差分GPS，是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由流動(dòng)站接收并對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。RTK的工作原理是將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)置于流動(dòng)站上，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)間相同GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，基準(zhǔn)站所獲得的觀測(cè)值與已知位置信息進(jìn)行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個(gè)改正值及時(shí)地通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)傳遞給流動(dòng)站以精化其GPS觀測(cè)值，得到經(jīng)差分改正后流動(dòng)站較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1.2 RTK系統(tǒng)的組成。①RTK信號(hào)接收系統(tǒng)；②數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)；③數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。

1.3 作業(yè)方法

①“無投影／無轉(zhuǎn)換”法。直接用接收機(jī)在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站接收WGS-84坐標(biāo)，其后利用觀測(cè)的已知點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和相應(yīng)的地方坐標(biāo)根據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種方法基準(zhǔn)站不一定要安置在已知點(diǎn)上，可在地勢(shì)比較高的如房頂、土包、開拓地等設(shè)置一臺(tái)GPSRTK接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，但根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換方法，需要觀測(cè)一定數(shù)量的已知點(diǎn)。

②“鍵入?yún)?shù)”法。把用靜態(tài)觀測(cè)求得的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)鍵入到手簿中，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也可以置入靜態(tài)觀測(cè)平差時(shí)求取的轉(zhuǎn)換參數(shù)。該方法基準(zhǔn)站須架設(shè)在已知點(diǎn)上，但可以不觀測(cè)其他已知點(diǎn)(為了檢核，建議在方便時(shí)還足觀測(cè)一定量的已知點(diǎn))。設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，并將一些必要的數(shù)據(jù)如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)、高程、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)等輸入GPS控制手簿，一臺(tái)或幾臺(tái)GPS接收機(jī)設(shè)置為流動(dòng)站。基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，基準(zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星信號(hào)通過基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)送到流動(dòng)站，流動(dòng)站將接收到的衛(wèi)星信號(hào)與基準(zhǔn)站發(fā)來的信號(hào)傳輸?shù)娇刂剖植具M(jìn)行實(shí)時(shí)差分及平差處理，實(shí)時(shí)得到本站的坐標(biāo)和高程及其精度指標(biāo)等，并隨時(shí)將實(shí)測(cè)精度和預(yù)設(shè)精度指標(biāo)進(jìn)行比較，一旦實(shí)測(cè)精度達(dá)到預(yù)設(shè)精度指標(biāo)的要求，手簿將提示測(cè)量人員是否接受該成果，接受后手簿將測(cè)得的坐標(biāo)、高程及精度數(shù)據(jù)同時(shí)存儲(chǔ)到手簿中。

2 RTK測(cè)量特點(diǎn)

①保留了所有經(jīng)典GPS功能，如靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)測(cè)量等，觀測(cè)數(shù)據(jù)亦可采用后處理的方式。②經(jīng)典GPS測(cè)量不具備實(shí)時(shí)性，測(cè)繪放樣工作還得配備全站儀。RTK則可直接放樣測(cè)量，精度可達(dá)厘米級(jí)。③RTK可進(jìn)行快速動(dòng)態(tài)定位，在測(cè)量中遇到障礙物造成失鎖，也可重新捕獲到衛(wèi)星后幾分鐘內(nèi)完成初始化，并重新測(cè)量。④在接收到GPS信號(hào)的任何地點(diǎn)、任何時(shí)間均可進(jìn)行RTK測(cè)量。⑤進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)，可采用1+l或l+N的方式進(jìn)行作業(yè)，各移動(dòng)站之間可獨(dú)立作業(yè)，大大提高工作效率。⑥RTK的優(yōu)點(diǎn)是在控制測(cè)量時(shí)既能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，又能實(shí)時(shí)知道定位精度，比常規(guī)儀器省時(shí)、精度均勻，大大提高了工作效率。

3 應(yīng)用實(shí)例

使用某公司升級(jí)后的GPS動(dòng)態(tài)接收機(jī) (標(biāo)示精度10mm+5ppm)，選擇3個(gè)以上具有水準(zhǔn)離程且均勻分布在RTK測(cè)量范圍的四等GPS點(diǎn)作為公共點(diǎn)，求取七參數(shù)進(jìn)行WGS-84坐標(biāo)系到地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，利用其他幾個(gè)已知點(diǎn)作為檢核。

3.1 GPSRTK代替測(cè)繪靜態(tài)加密一級(jí)導(dǎo)線的實(shí)例。①實(shí)例區(qū)概況。實(shí)例區(qū)位于某省北部，測(cè)繪 1：1000數(shù)字化地形圖測(cè)量面積約21.57km2，主要為居民地、平地，最大高差約20m，平均海撥為3.0m，實(shí)例區(qū)附近已利用GPS靜態(tài)測(cè)繪的四等GPS點(diǎn)，高程已經(jīng)四等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，坐標(biāo)系統(tǒng)采用該省平面坐標(biāo)系，高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。②一級(jí)導(dǎo)線觀測(cè)情況。RTK分修正法和差分法修正法是基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)送給流動(dòng)站，以改正其載波相位，然后求解坐標(biāo)；差分法是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給流動(dòng)站進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。在四等GPS點(diǎn)下布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線網(wǎng)，用南方測(cè)繪靜態(tài)GPS測(cè)定，高程網(wǎng)以測(cè)區(qū)附近的四等水準(zhǔn)點(diǎn)為基準(zhǔn)、附合水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)量，共布設(shè)56個(gè)E級(jí)GPS點(diǎn)。③GPSRTK施測(cè)結(jié)果與南方測(cè)繪靜態(tài)GPS測(cè)定結(jié)果比較。本區(qū)用RTK共檢測(cè)一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn) 31點(diǎn)，用控制點(diǎn)(IV04，E001，E008，E028)建模，在計(jì)算完轉(zhuǎn)換參數(shù)后再用點(diǎn)E003，E015來進(jìn)行檢查，平面坐標(biāo)差值不超過±1.0cm，高程值不超過±2.0cm，其精度完全達(dá)到RTK采點(diǎn)的要求，RTK可以代替地形控制測(cè)量的一、二級(jí)導(dǎo)線測(cè)量及圖根控制測(cè)量。

3.2 GPSRTK采集界址點(diǎn)實(shí)例

同一區(qū)域，在二級(jí)導(dǎo)線以上控制點(diǎn)上，應(yīng)用GPSRTK技術(shù)對(duì)一些能接收衛(wèi)星信號(hào)的界址點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè) (流動(dòng)站距基準(zhǔn)站最大距離為2.59km，最近距離210m，平均距離為1.54km)。全區(qū)共檢測(cè)界址點(diǎn)2l點(diǎn)，與用全站儀極坐標(biāo)法觀測(cè)的坐標(biāo)值相比較，最大差值為dx=－1.5cm，dy=1.3cm。RTK技術(shù)采集的界址點(diǎn)精度符合《工程測(cè)量規(guī)范》中有關(guān)定線放樣的技術(shù)要求。

4 精度分析

由比較結(jié)果可知：RTK測(cè)設(shè)的一級(jí)GPS點(diǎn)平面成果和靜態(tài)GPS測(cè)設(shè)的精度比較接近；在高程方面，RTK測(cè)設(shè)的高程和四等水準(zhǔn)高程精度也比較接近；靜態(tài)GPS水準(zhǔn)擬合的高程能滿足地形測(cè)圖的精度要求；RTK測(cè)設(shè)的平面成果和高程完全可以滿足圖根控制測(cè)量的精度。

5 影響精度的因素及應(yīng)對(duì)措施

在實(shí)際作業(yè)中，我們發(fā)現(xiàn)影響RTK精度的主要因素有：①基準(zhǔn)站坐標(biāo)精度。由RTK的工作原理可知，如果基準(zhǔn)站的坐標(biāo)精度較低，流動(dòng)站得到的3維坐標(biāo)就都帶有系統(tǒng)偏差。因此基準(zhǔn)站坐標(biāo)具有較高的精度非常重要。②坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)精度。求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)至少需要3個(gè)已知公共點(diǎn)，其精度不僅與測(cè)區(qū)內(nèi)選擇的公共點(diǎn)的位置和數(shù)量有關(guān)，還與選用的已知公共點(diǎn)的坐標(biāo)精度有密切關(guān)系。③作業(yè)環(huán)境。參考站的選擇要合適。參考站要遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射臺(tái)、變電站、飛機(jī)場(chǎng)、高壓線等無線電干擾源，遠(yuǎn)離大面積水域，防止GPS信號(hào)的多路徑效應(yīng)影響。④人為因素。測(cè)量人員作業(yè)的熟練程度很重要。在作業(yè)時(shí)，如果屏幕顯示不是固定解就記錄數(shù)據(jù)，會(huì)使測(cè)設(shè)點(diǎn)的精度很低，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤；如果接收機(jī)天線未保持垂直，測(cè)設(shè)的成果就不可取，人為地降低了測(cè)設(shè)點(diǎn)坐標(biāo)精度；如果電瓶電量不足，也會(huì)降低流動(dòng)站測(cè)設(shè)坐標(biāo)的精度和可靠性。

結(jié)論：①GPSRTK技術(shù)因高效率、靈活、誤差不積累及厘米級(jí)的高精度越來越受到測(cè)繪人員的青睞。RTK高程精度低于平面精度，而地形測(cè)量對(duì)高程的精度要求較低。因此，應(yīng)用RTK技術(shù)來進(jìn)行地籍一、二級(jí)控制和界址點(diǎn)測(cè)量是目前較為理想的方法，在勘測(cè)定界中優(yōu)勢(shì)尤為突出。也就是說，RTK測(cè)量方法可以替代常規(guī)的一、二級(jí)導(dǎo)線測(cè)量及圖根控制、界址點(diǎn)測(cè)量。②與靜態(tài)、快速靜態(tài)GPS測(cè)量相比較，RTK無足夠的幾何檢核條件。在使用RTK布設(shè)加密控制點(diǎn)要加強(qiáng)檢核，若代替一、二級(jí)點(diǎn)，可以采取在不同的基準(zhǔn)站上分別獨(dú)立施測(cè)或設(shè)立雙基站的方式施測(cè)，取中數(shù)使用，這樣不但避免了粗差，而且使點(diǎn)位精度得到提高。③RTK定位的數(shù)據(jù)處理主要是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站間的單基線處理，而基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量及無線電信號(hào)的傳播質(zhì)量對(duì)定位精度的影響極大。因此，要把基準(zhǔn)站設(shè)立在進(jìn)行RTK測(cè)量區(qū)域的較高點(diǎn)上，并提高基準(zhǔn)站和流動(dòng)站天線的架設(shè)高度。④RTK測(cè)點(diǎn)必須在求取WGS-84坐標(biāo)到地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的高級(jí)控制點(diǎn)的范圍內(nèi)，同時(shí)盡量均勻分布，最高、最低點(diǎn)也盡可能選上。綜上所述，GPSRTK技術(shù)可以用于地形測(cè)量，其精度滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)程的要求，而且省時(shí)省力，大大提高了工作效率，節(jié)省了費(fèi)用。

[1]余小龍，胡學(xué)奎.GPSRTK技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展前景.測(cè)繪通報(bào)，2007年10期.

[2]楊春生，袁中凡，王華，劉美生.基于GPS-RTK技術(shù)的汽車運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性檢測(cè)系統(tǒng).