馬忠衛(wèi)，戴友剛，翟輝

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210018)

GPS-RTK在農(nóng)村宅基地調(diào)查中的運(yùn)用及質(zhì)量控制

馬忠衛(wèi)，戴友剛，翟輝

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210018)

以鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目為例，分析了影響GPS-RTK測(cè)點(diǎn)平面精度和可靠性的因素，并提出了RTK測(cè)點(diǎn)質(zhì)量控制的措施。指出GPS-RTK測(cè)量必須提高可靠性，只要多檢驗(yàn)，多比較，特別是和已有控制點(diǎn)的比較檢驗(yàn)，就能提高可靠性。

GPS;RTK;精度;質(zhì)量控制;江蘇鎮(zhèn)江

0 引言

GPS-RTK采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，在測(cè)繪領(lǐng)域里是一次技術(shù)革命，它改變了傳統(tǒng)的測(cè)量模式。隨著RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)技術(shù)整周模糊度能夠在很短的時(shí)間內(nèi)被確定，從而保證了RTK技術(shù)在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)的定位精度，簡(jiǎn)化了常規(guī)控制測(cè)量，從而大大提高了工作效率。鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目調(diào)查區(qū)位于農(nóng)村地區(qū)，外界環(huán)境非常適合RTK技術(shù)的運(yùn)用。操作中在C、D、E級(jí)GPS控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上采用RTK技術(shù)布設(shè)圖根控制點(diǎn)，并對(duì)成果的精度和可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)。筆者就影響RTK測(cè)點(diǎn)平面精度和質(zhì)量控制的因素進(jìn)行分析。

1 GPS-RTK的作業(yè)模式及運(yùn)用

RTK測(cè)量模式，將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知控制點(diǎn)上，靜止觀測(cè)數(shù)分鐘，以便進(jìn)行初始化工作。之后流動(dòng)站按預(yù)定的采樣時(shí)間間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前，其定位的精度可達(dá)厘米級(jí)(周忠謨等，2002)。

各類研究報(bào)告顯示，RTK測(cè)量平面精度與常規(guī)測(cè)量的I級(jí)導(dǎo)線相當(dāng)，可以滿足各類測(cè)量的圖根控制精度要求。GPS-RTK測(cè)量以其精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)在各行業(yè)的測(cè)量工作中與常規(guī)方法結(jié)合得到了迅速推廣。RTK測(cè)量具備可以實(shí)時(shí)提供坐標(biāo)，無(wú)需進(jìn)行室內(nèi)計(jì)算，可以即測(cè)即用，各點(diǎn)之間不用通視，誤差不積累等特點(diǎn)。

本次鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目中，由于作業(yè)區(qū)處在農(nóng)村地區(qū)，視野較為開(kāi)闊，GPS-RTK的測(cè)量環(huán)境好，因此大部分圖根控制點(diǎn)可采用RTK方法測(cè)定。

2 GPS-RTK施測(cè)的誤差來(lái)源(平面)

鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目中采用了二級(jí)布網(wǎng)。分二級(jí)布網(wǎng)的目的:一是建立首級(jí)網(wǎng)，提供精度較高的基準(zhǔn)站坐標(biāo);二是希望首級(jí)網(wǎng)中包含若干個(gè)己知地方坐標(biāo)系的公共點(diǎn)，以提高求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的精確性。

影響GPS-RTK施測(cè)精度的主要誤差來(lái)源如下。

(1)基準(zhǔn)站點(diǎn)位誤差m基。采用GPS-RTK技術(shù)施測(cè)控制點(diǎn)時(shí)，一般均為二級(jí)布網(wǎng)，首級(jí)網(wǎng)平均邊長(zhǎng)小于5 km，要與3個(gè)以上C、D級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，采用靜態(tài)觀測(cè)模式，時(shí)段長(zhǎng)度大于60min，要求經(jīng)約束平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于±1 cm?；鶞?zhǔn)站應(yīng)選在地勢(shì)較高(或樓頂)的位置，以增加數(shù)據(jù)鏈作用距離。基準(zhǔn)站設(shè)置條件為:周圍視野開(kāi)闊，無(wú)高大建筑物或高山阻擋;100 m內(nèi)無(wú)大的電磁波幅射源或高壓輸電線;GPS天線平面10°仰角以上無(wú)大片障礙物阻擋衛(wèi)星信號(hào)。

依據(jù)首級(jí)網(wǎng)的控制精度，設(shè)m基=±1 cm。

(2)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)的觀測(cè)誤差m測(cè)。RTK測(cè)量系統(tǒng)中，至少需要2臺(tái)雙頻接收機(jī)，分別安置在基準(zhǔn)站與流動(dòng)站上，接收機(jī)由主機(jī)、電源、天線、手簿、數(shù)據(jù)線、電纜、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集解算軟件等組成，目前主流GPS-RTK產(chǎn)品的標(biāo)稱精度均能達(dá)到:平面1+1×10－6×d cm。故在5 km施測(cè)范圍內(nèi)，設(shè)m測(cè)=±1.5 cm。

(3)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的對(duì)中誤差m中?；鶞?zhǔn)點(diǎn)盡量采用強(qiáng)制對(duì)中設(shè)備，流動(dòng)站的天線宜采用三角架或帶支架的對(duì)中桿，施測(cè)前應(yīng)對(duì)三角架上的整平氣泡和對(duì)中器進(jìn)行認(rèn)真檢校，這樣不僅減少了對(duì)中誤差，也提高了流動(dòng)站天線的穩(wěn)定性，收斂速度加快，建議數(shù)據(jù)跳動(dòng)變化在毫米位時(shí)進(jìn)行最終數(shù)據(jù)采集。設(shè)二站的對(duì)中整平綜合誤差m中=±1 cm。

(4)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的誤差m轉(zhuǎn)。眾所周知，GPS采用的是WGS-84坐標(biāo)系，而城市或工程測(cè)量一般采用1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系，它們所對(duì)應(yīng)的空間直角坐標(biāo)是不同的，不同坐標(biāo)系的坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)換可由7參數(shù)或4參數(shù)實(shí)現(xiàn)(李旋等，2010;楊禮平等，2011)，但由于施測(cè)公共轉(zhuǎn)換點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，殘留了求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的誤差m轉(zhuǎn)，設(shè)m轉(zhuǎn)=±0.5 cm。

(5)衛(wèi)星圖形強(qiáng)度因子PDOP的影響誤差m衛(wèi)。靜態(tài)或快速靜態(tài)模式的GPS測(cè)量中，要求同步有效衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)不少于4或不少于5，衛(wèi)星分布的幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP值應(yīng)小于6(GB/T 18314—2009)。在GPS-RTK的觀測(cè)過(guò)程中也應(yīng)十分關(guān)注衛(wèi)星的幾何圖形及同步有效衛(wèi)星個(gè)數(shù)大于6，但在實(shí)際GPS-RTK作業(yè)過(guò)程中，某些流動(dòng)站處在一面遮擋或附近有水面、建筑物的多路徑干擾或有高壓線的影響，這一誤差源勢(shì)必給GPS-RTK的觀測(cè)成果帶來(lái)不同程度的影響，一般可設(shè)m衛(wèi)=±1 cm。這些誤差源也可能給GPS-RTK帶來(lái)粗差。因此，在GPS-RTK作業(yè)前應(yīng)查閱星歷表，合理選擇作業(yè)時(shí)間，也可在同一流動(dòng)站點(diǎn)安排不同時(shí)段進(jìn)行雙觀測(cè)，以提高RTK成果的可靠性。

(6)GPS-RTK預(yù)期的平面點(diǎn)位精度。以上分析了GPS-RTK作業(yè)時(shí)的五大誤差來(lái)源，根據(jù)誤差傳播定律即可求得流動(dòng)站點(diǎn)的預(yù)期平面點(diǎn)位中誤差m平。

(7)GPS-RTK測(cè)量和已知控制點(diǎn)的對(duì)比。表1是鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目中GPS-RTK測(cè)量和已知控制點(diǎn)的成果比較。

表1 GPS-RTK測(cè)量和已知控制點(diǎn)的成果比較

3 RTK測(cè)點(diǎn)的質(zhì)量控制

研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性在95%～99%左右，另外，RTK比靜態(tài)GPS還多出諸如數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)瘸鲥e(cuò)的機(jī)會(huì)。因此和GPS靜態(tài)測(cè)量相比，沒(méi)有靜態(tài)GPS測(cè)量的同步環(huán)、異步環(huán)及附合線路等約束條件，它是以基準(zhǔn)站為中心呈放射狀，以支點(diǎn)形式分布的散點(diǎn)，從而無(wú)法直接衡量其觀測(cè)精度，這就要求必須進(jìn)行質(zhì)量控制。根據(jù)實(shí)踐，較為有效的方法有以下幾種。

(1)己知點(diǎn)比較法。作為RTK測(cè)量起算數(shù)據(jù)的首級(jí)控制網(wǎng)，一般用GPS靜態(tài)獲得，具有很高的可靠性。為檢核坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、己知數(shù)據(jù)輸入及RTK測(cè)量各種過(guò)程的正確性，可以通過(guò)測(cè)量己知點(diǎn)并進(jìn)行成果對(duì)比的方式進(jìn)行檢查，這是一種十分有效的方法，可在任何情況下使用。

(2)重合點(diǎn)比較法。每次初始化成功后，或測(cè)量2～4h左右應(yīng)重合1～2個(gè)己測(cè)過(guò)的RTK點(diǎn)，以此來(lái)檢查基站設(shè)置的正確性和測(cè)量距離過(guò)長(zhǎng)后可能產(chǎn)生的點(diǎn)位坐標(biāo)漂移誤差，這種方法可以在首站完成后設(shè)站時(shí)使用。

(3)雙基站檢測(cè)法。在測(cè)區(qū)內(nèi)同時(shí)建立2個(gè)以上基準(zhǔn)站，每個(gè)基準(zhǔn)站采用不同的頻率發(fā)送改正數(shù)據(jù)，流動(dòng)站用變頻開(kāi)關(guān)選擇性地分別接收每個(gè)基準(zhǔn)站的改正數(shù)據(jù)，從而得到2個(gè)以上解算結(jié)果，比較這些結(jié)果就可檢驗(yàn)其質(zhì)量狀況，這種方法工作效率較低，所以使用不多。

(4)和已知基線測(cè)量比較。在使用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的測(cè)區(qū)，往往缺少已知數(shù)據(jù)，在此情況下，可對(duì)已知基線的兩端進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)定，以解算邊長(zhǎng)與已知邊長(zhǎng)進(jìn)行比較，這也從一定程度上對(duì)RTK成果進(jìn)行了檢核。

4 結(jié)論

GPS-RTK技術(shù)給測(cè)繪工作帶來(lái)了極大的便利，突破了傳統(tǒng)測(cè)量的界限。但GPS-RTK測(cè)量的質(zhì)量控制尤為重要，稍有不慎，便會(huì)造成整個(gè)工程返工，甚至造成不可挽回的損失。

只要多檢驗(yàn)、多比較，特別是和已知控制點(diǎn)的比較檢驗(yàn)，就能提高可靠性，在可靠性保證的情況下，再提高RTK測(cè)量的精度。

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Application of GPS-RTK and its quality control

MA Zhong-wei，DAI You-gang，ZHAI Hui
(Geological Survey of Jiangsu Province，Nanjing 200018，China)

Through practice for countryside homestead investigation in Dantu District of Zhenjiang City，the authors analyzed the affecting factors for the plane precision and reliability of GPS-RTK measuring points，brought up measures to control the quality of RTK measuring points.It was concluded that the measurement of GPS-RTK should improve reliability through inspection，comparison and especially the comparison with the known controlling points.

GPS;RTK;Precision;Quality control;Zhenjiang，Jiangsu

book=2,ebook=31

P228.4

A

1674－3636(2012)02－0203－03

10.3969/j.issn.1674-3636.2012.02.203

2011－12－27;

2012－02－18;編輯:侯鵬飛

馬忠衛(wèi)(1972—)，男，工程師，測(cè)繪專業(yè)，E-mail:10328667@qq.com