林增楠

（福建省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院）

RTK在大比例尺地形測(cè)量中的應(yīng)用方法探索

林增楠

（福建省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院）

單基站RTK與CORS是目前地形測(cè)量時(shí)廣泛應(yīng)用的兩種方法。本文主要結(jié)合實(shí)例介紹單基站RTK方法與CORS方法在地形測(cè)量中的應(yīng)用，分析這兩種觀測(cè)模式各自的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)出兩種工作模式的適用情況。

RTK；CORS；GNSS接收機(jī)；VRS技術(shù)

1　概述

RTK測(cè)量技術(shù)的迅速發(fā)展，突破了傳統(tǒng)的測(cè)量方法，RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)是GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的簡(jiǎn)稱。它將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合?；鶞?zhǔn)站將接收到的數(shù)據(jù)與設(shè)置基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較計(jì)算，得出每時(shí)每刻的差分?jǐn)?shù)據(jù)，并將這些差分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)電臺(tái)發(fā)送出去，流動(dòng)站在接收GPS信號(hào)的同時(shí)也接受電臺(tái)發(fā)送的差分?jǐn)?shù)據(jù)，根據(jù)接收到的差分信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，在1～2s的時(shí)間里得到高精度位置信息。并進(jìn)行計(jì)算，最終得出我們所需要的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，RTK測(cè)量技術(shù)可以在不布設(shè)各級(jí)控制網(wǎng)的情況下，依據(jù)一定數(shù)量的已知控制點(diǎn)就可以快速測(cè)量出厘米級(jí)的地形、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，且不受通視條件的限制，不需要頻繁遷站，減少了工作程序，提高了工作效率。被廣泛應(yīng)用于各個(gè)測(cè)量領(lǐng)域，極大地提高了測(cè)量的效益和精度。節(jié)省了大量人力物力。

RTK測(cè)量主要有兩種模式：①傳統(tǒng)的自架基站的1+N模式，俗稱單基站模式；②連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（Continuously Operating Reference Stations）簡(jiǎn)稱CORS模式，目前這兩種模式使用都比較普遍。這兩種模式各有自己的特點(diǎn)，在地形測(cè)量中可以相輔相成。

2　兩種測(cè)量模式特點(diǎn)

2.1單機(jī)站RTK測(cè)量模式

單基站RTK測(cè)量模式的使用：

將一臺(tái)GNSS接收機(jī)設(shè)置為基站模式，在視野開(kāi)闊、遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源等不影響GPS信號(hào)接收的地方架設(shè)基準(zhǔn)站和電臺(tái)；在手簿中的測(cè)量軟件里新建項(xiàng)目，設(shè)置相應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)和中央子午線等；將另一臺(tái)GNSS接收機(jī)設(shè)置為移動(dòng)站模式，手簿通過(guò)藍(lán)牙連接移動(dòng)站，確認(rèn)移動(dòng)站電臺(tái)頻道和基站電臺(tái)頻道一致，修改天線高；分別在已知點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在采集完已知點(diǎn)后進(jìn)行參數(shù)求解。檢查四參數(shù)或七參數(shù)的求解結(jié)果，合格后便可以開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量工作。

2.2CORS模式

CORS是利用GNSS技術(shù)，在某一個(gè)區(qū)域建立若干個(gè)永久性的連續(xù)運(yùn)行參考站、系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理中心，利用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各參考站與系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理中心組成網(wǎng)絡(luò)，共享參考站數(shù)據(jù)，利用參考站軟件進(jìn)行處理，與單基站RTK不同，CORS大多采用VRS（Virtual Reference Station）虛擬參考站技術(shù)，各固定參考站不直接向移動(dòng)用戶發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊線發(fā)給控制中心。同時(shí)，移動(dòng)用戶在工作前，先通過(guò)GSM的短信息功能向控制中心發(fā)送一個(gè)概略坐標(biāo)，控制中心收到這個(gè)位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇最佳的一組固定基準(zhǔn)站，根據(jù)這些站發(fā)來(lái)的信息，整體的改正GPS的軌道誤差，電離層，對(duì)流層和大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號(hào)發(fā)給移動(dòng)站。這個(gè)差分信號(hào)的效果相當(dāng)于在移動(dòng)站旁邊，生成一個(gè)虛擬的參考基站，從而解決了RTK作業(yè)距離上的限制問(wèn)題，并保證了用戶的精度。

3　兩種RTK測(cè)量模式在山區(qū)地形測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例

3.1測(cè)區(qū)概況

因發(fā)展旅游開(kāi)發(fā)需要，在福建某山區(qū)需要進(jìn)行大比例尺地形測(cè)量，測(cè)區(qū)以山地為主，有些山谷較深，測(cè)區(qū)交通便利，移動(dòng)通訊系統(tǒng)欠佳，在測(cè)區(qū)外圍收集到5個(gè)C級(jí)GPS控制點(diǎn)，分別為H01C～H05C。點(diǎn)間距較遠(yuǎn)，成果為1980西安坐標(biāo)系，1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

3.2作業(yè)流程

采用FJCORS進(jìn)行測(cè)量，福建省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（Fujian Continuously Operating Reference Station，F(xiàn)JCORS）是根據(jù)全國(guó)基礎(chǔ)測(cè)繪中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要和我省“十一五”基礎(chǔ)測(cè)繪發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃以及福建省人民政府關(guān)于加強(qiáng)測(cè)繪工作的實(shí)施意見(jiàn)（閩政[008]10號(hào)）的要求啟動(dòng)建設(shè)，它是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、大眾化、集約化、高質(zhì)量的地球空間信息服務(wù)的重要的基礎(chǔ)設(shè)施。

圖1　測(cè)區(qū)與已知點(diǎn)相對(duì)位置圖

圖2　測(cè)區(qū)控制點(diǎn)布置圖

3.2.1控制點(diǎn)測(cè)量

在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)6個(gè)一級(jí)控制點(diǎn)，采用華測(cè)I60型號(hào)GNSS接收機(jī)，接入FJCORS進(jìn)行控制點(diǎn)測(cè)量。用三腳架將移動(dòng)站分別架設(shè)在4個(gè)已知點(diǎn)上進(jìn)行WGS-84坐標(biāo)采集，每個(gè)點(diǎn)觀測(cè)4個(gè)測(cè)回，每測(cè)回觀測(cè)3min，（自動(dòng)觀測(cè)180歷元），每測(cè)回重新初始化，且各測(cè)回時(shí)間間隔不小于60s。將4個(gè)測(cè)回觀測(cè)值進(jìn)行比較，最大的平面坐標(biāo)分量和垂直坐標(biāo)分量均出現(xiàn)在H04，分別為11mm和19mm；均小于城市測(cè)量規(guī)范的限差。將實(shí)際測(cè)得的地心坐標(biāo)與已知的參心坐標(biāo)公共點(diǎn)進(jìn)行匹配，計(jì)算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，水平和垂直殘差最大分別為0.009mm和0.014mm，小于規(guī)范規(guī)定的允許值。最后利用計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)建立起坐標(biāo)系統(tǒng)，再對(duì)第5個(gè)已知控制點(diǎn)進(jìn)行檢核測(cè)量，小于規(guī)范規(guī)定的±5cm的誤差，坐標(biāo)系統(tǒng)建立完成。

采用同樣的方法對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)新布設(shè)的控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，獲得測(cè)區(qū)首級(jí)控制點(diǎn)坐標(biāo)，利用全站儀對(duì)首級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行100%外業(yè)檢核，包括邊長(zhǎng)檢核，角度檢核，導(dǎo)線聯(lián)測(cè)檢核，經(jīng)檢核合格后將控制點(diǎn)成果給測(cè)圖使用。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用可知FJCORS有如下優(yōu)點(diǎn)：

CORS在控制點(diǎn)測(cè)量中優(yōu)勢(shì)很明顯，測(cè)區(qū)范圍小，已知控制點(diǎn)遠(yuǎn)，使用CORS獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)不受距離限制，且測(cè)量精度不受距離影響；作業(yè)時(shí)攜帶方便，只需在一臺(tái)GNSS接收機(jī)里插入手機(jī)卡，通過(guò)藍(lán)牙連接手簿，登陸網(wǎng)絡(luò)就行，不用再攜帶笨重的電瓶、電臺(tái)和UHF發(fā)射天線及腳架等，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)線纜作業(yè)。不需要費(fèi)心思尋找假設(shè)基站的地方自己架設(shè)基準(zhǔn)站；當(dāng)天沒(méi)有作業(yè)完成，第二天再進(jìn)行測(cè)量時(shí)不需再進(jìn)行任何校正，直接可以測(cè)量，節(jié)省大量時(shí)間；單臺(tái)GNSS接收機(jī)就能作業(yè)，節(jié)省儀器購(gòu)置開(kāi)支。

3.2.2碎步點(diǎn)測(cè)量

將GNSS接收機(jī)接入FJCORS作為移動(dòng)站，進(jìn)行碎步點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，單人成組，可以和控制測(cè)量同時(shí)進(jìn)行，無(wú)需等到控制點(diǎn)測(cè)完后才進(jìn)行碎步測(cè)量，只需在碎步點(diǎn)測(cè)量中或測(cè)量完成后到控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并校正即可，節(jié)省了工作時(shí)間，大大提高了工作效率。

FJCORS采用的電信的VPDN專網(wǎng)進(jìn)行差分?jǐn)?shù)據(jù)播發(fā)，因測(cè)區(qū)局部地方為山谷，移動(dòng)通信信號(hào)較差，移動(dòng)站無(wú)法與FJCORS進(jìn)行連接，因此無(wú)法使用FJCORS，于是將兩個(gè)移動(dòng)站重新整合成一套1+1模式的單基站RTK進(jìn)行測(cè)量，單基站測(cè)量時(shí)，移動(dòng)站在新做的4個(gè)控制點(diǎn)上進(jìn)行大地坐標(biāo)測(cè)量，并輸入已知點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算，按轉(zhuǎn)換參數(shù)建立新的坐標(biāo)系，并在第五個(gè)控制點(diǎn)上進(jìn)行檢核，要求滿足碎步點(diǎn)精度要求。單基站模式不受網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的影響，可以對(duì)無(wú)電信信號(hào)地區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量。

測(cè)區(qū)中有一塊地方有林木覆蓋，由于FJCORS目前還沒(méi)有大范圍的升級(jí)成三星解算，目前還是用GPS和GLONASS雙星解算，在有林地帶很難得到固定解，而華測(cè)I60支持三星系統(tǒng)解算，因此采用單基站模式可以加入我國(guó)的北斗系統(tǒng)進(jìn)行解算，在疏林地可以得到固定解進(jìn)行測(cè)量，彌補(bǔ)了FJCORS的不足。

當(dāng)然RTK電臺(tái)也有其缺點(diǎn)，電臺(tái)傳輸距離有限在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中會(huì)受到電磁環(huán)境及障礙物的影響，因此基準(zhǔn)站與移動(dòng)站之間距離不能太遠(yuǎn)，且他們之間不能有有大的障礙物；攜帶不方便，作業(yè)時(shí)必須攜帶作為基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的GNSS接收機(jī)各一臺(tái)、數(shù)傳電臺(tái)、蓄電池、連接電纜線、UHF發(fā)射天線，而且基站一般都設(shè)置在較高的開(kāi)闊地帶，搬運(yùn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力；作業(yè)測(cè)量前還需要花費(fèi)一定時(shí)間選擇架設(shè)基準(zhǔn)的地點(diǎn)并架設(shè)基準(zhǔn)站，增加了工作步驟；電臺(tái)模式作業(yè)必須要有兩臺(tái)及以上GNSS接收機(jī)設(shè)備才能工作，增加了添置設(shè)備的費(fèi)用，降低工作效率。

4　結(jié)束語(yǔ)

單基站RTK測(cè)量模式和CORS測(cè)量模式有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在建有CORS的地區(qū)優(yōu)先考慮使用CORS系統(tǒng)。但是由于受網(wǎng)絡(luò)信號(hào)影響，部分地區(qū)無(wú)法利用CORS進(jìn)行測(cè)量，或是需要較長(zhǎng)時(shí)間才能得到固定解。這種情況需要采用單基站RTK模式進(jìn)行彌補(bǔ)，其不受網(wǎng)絡(luò)信號(hào)影響，只需將基站和電臺(tái)架設(shè)在比較開(kāi)闊和位置較高的地方，測(cè)量比較靈活。目前國(guó)內(nèi)很多地區(qū)還未完全建成CORS，而且大部分已經(jīng)建成的地方也大多采用的是雙星解算，未把我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)納入解算范疇，目前正逐步升級(jí)成三星解算系統(tǒng)，國(guó)家測(cè)繪地理信息局牽頭開(kāi)展全國(guó)基準(zhǔn)站網(wǎng)整體聯(lián)測(cè)平差計(jì)算工作，將區(qū)域性的網(wǎng)絡(luò)CORS升級(jí)成全國(guó)統(tǒng)一框架下的系統(tǒng)，隨著網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋率的提高、GNSS三星乃至四星解算系統(tǒng)的逐步升級(jí)以及全國(guó)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)CORS建成，相信不久的將來(lái)，CORS將取代單基站RTK的測(cè)量模式，為測(cè)繪行業(yè)帶來(lái)巨大的變革。

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P228.4

A

1673-0038（2015）32-0274-02

2015-7-19