劉開宇

（湖南省第二測(cè)繪院 湖南長(zhǎng)沙 410000）

RTK的精度分析及其在數(shù)字化測(cè)圖中的應(yīng)用

劉開宇

（湖南省第二測(cè)繪院 湖南長(zhǎng)沙 410000）

現(xiàn)如今，在測(cè)繪工程中，GPS RTK技術(shù)已經(jīng)逐漸得到廣泛應(yīng)用，而在測(cè)繪工程中，精度是測(cè)量工作的重要基礎(chǔ)。對(duì)此，本文首先對(duì)GPS RTK定位技術(shù)進(jìn)行了介紹，然后對(duì)GPS RTK數(shù)字測(cè)圖原理及流程進(jìn)行了分析，并結(jié)合工程實(shí)例對(duì)RTK精度分析以及其在數(shù)字化測(cè)圖中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

GPS RTK技術(shù)；數(shù)字化測(cè)圖；精度分析

1 引言

RTK技術(shù)可以厘米級(jí)的精度獲得動(dòng)態(tài)的點(diǎn)位坐標(biāo)值，因此，在測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)如今，很多測(cè)繪單位將其應(yīng)用于數(shù)字測(cè)圖，并且取得了良好的效果。因此對(duì)RTK測(cè)圖的應(yīng)用以及精度分析進(jìn)行詳細(xì)探究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 RTK定位技術(shù)概述

2.1 RTK定位原理

RTK系統(tǒng)主要是由三大部分所組成的，包括一個(gè)基準(zhǔn)站、若干流動(dòng)站以及一個(gè)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)。在RTK測(cè)量技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，基準(zhǔn)站主要負(fù)責(zé)將接收到的衛(wèi)星信息以及基準(zhǔn)站信息傳遞給各個(gè)流動(dòng)站。各流動(dòng)站不僅可以接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，而且還能夠接收基準(zhǔn)站傳送的信息，流動(dòng)站一旦完成初始化工作，控制器就能夠根據(jù)所接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，并且顯示流動(dòng)站的坐標(biāo)位置。

2.2 RTK測(cè)量誤差來(lái)源

在RTK測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，測(cè)量定位誤差主要來(lái)源于GPS衛(wèi)星、衛(wèi)星信號(hào)的傳播過(guò)程以及地面接收設(shè)備，其中GPS衛(wèi)星誤差主要包括星歷誤差、相對(duì)論效應(yīng)以及衛(wèi)星鐘差，衛(wèi)星信號(hào)傳播過(guò)程誤差主要包括多路徑效應(yīng)、對(duì)流層誤差以及電離層誤差，另外，地面接收設(shè)備誤差主要包括天線相位中心位置的偏差、接收機(jī)鐘差以及接收機(jī)不同通道間的延遲誤差。

2.3 RTK測(cè)量誤差質(zhì)量控制

2.3.1 同測(cè)站誤差控制

在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，如果沒(méi)有意識(shí)到天線相位的變化的重要性，則很容易產(chǎn)生點(diǎn)位坐標(biāo)誤差，但是，GPS RTK定位精度應(yīng)該控制在1cm之內(nèi)，對(duì)此必須結(jié)合基站與天線的精準(zhǔn)相位圖對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)，還應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)就對(duì)天線的相位進(jìn)行檢查，這樣才能夠有效提升測(cè)量精度，降低誤差。

2.3.2 多徑誤差控制

由于多徑誤差往往較為嚴(yán)重，往往受周邊天線所處的環(huán)境影響，誤差在5～19cm之間，因此，為了強(qiáng)化對(duì)其的控制，應(yīng)確保所選的點(diǎn)位在開闊的地帶，且沒(méi)有反射點(diǎn)。除此以外，還應(yīng)該采取扼流圈天線，施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)安裝吸收電波的設(shè)備和材料，加強(qiáng)對(duì)電波干擾的處理。

2.3.3 信號(hào)干擾誤差控制

在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，由于干擾源很難被移除，因此，主要采取有效的措施減少和避開信號(hào)干擾。因此，必須科學(xué)地進(jìn)行選點(diǎn)，盡可能地加強(qiáng)對(duì)電磁波帶來(lái)的輻射和干擾的監(jiān)測(cè)，并在選點(diǎn)之前加強(qiáng)儀表的利用，以盡可能地消除其帶來(lái)的影響，還需要注意的是，一般不能在惡劣的天氣或者天氣急劇變化的情況下實(shí)施測(cè)量。

2.3.4 軌道誤差控制

軌道誤差不大，但是所殘留的相對(duì)誤差則影響較短，一般10km的短基線可以忽略不計(jì)，但是20～30km的基線就會(huì)受到影響，一般有幾厘米。而電離層的誤差又具有較強(qiáng)的擴(kuò)散性、瞬變性和互補(bǔ)性，所以就應(yīng)借助雙頻接收機(jī)消除電離層帶來(lái)的影響。而為了確保其能夠達(dá)到厘米級(jí)的精度，還應(yīng)對(duì)觀測(cè)站自身的誤差考慮進(jìn)來(lái)，才能更好地促進(jìn)誤差的消除。

3 RTK數(shù)字測(cè)圖原理及流程

3.1 數(shù)字測(cè)圖原理

數(shù)字測(cè)圖指的是將所采集的各種有關(guān)地物和地貌的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，然后通過(guò)數(shù)據(jù)接口，將數(shù)據(jù)信息傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而得到電子地圖。如果需要這類數(shù)據(jù)信息，則可以通過(guò)電子計(jì)算機(jī)的圖形輸出設(shè)備繪出地形圖。

3.2 測(cè)區(qū)劃分

通常情況下，外業(yè)數(shù)字測(cè)圖的單位為所測(cè)區(qū)域，即測(cè)區(qū)。如果測(cè)區(qū)范圍比較大，則可以根據(jù)自然帶狀地物為邊界線構(gòu)成分區(qū)界限，將整個(gè)測(cè)區(qū)分為多個(gè)獨(dú)立分區(qū)。各個(gè)分區(qū)的數(shù)據(jù)組織、作業(yè)以及數(shù)據(jù)處理都需要相對(duì)獨(dú)立，各個(gè)分區(qū)在數(shù)據(jù)采集和處理方面不存在矛盾，這樣能夠有效避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)重疊的問(wèn)題。

4 RTK在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）RTK作業(yè)效率高。流動(dòng)站在每個(gè)圖根觀測(cè)一次時(shí)間僅在10～15s之間，比做傳統(tǒng)導(dǎo)線圖根省時(shí)省力；在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的觀測(cè)時(shí)間僅在3～5s之間，一般地形相對(duì)簡(jiǎn)單的條件下，一人一臺(tái)流動(dòng)站單日平均可以采集1000～2000個(gè)數(shù)據(jù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)圖方法需要2～3人1d也未必能達(dá)到這種工作量。

（2）RTK測(cè)量作業(yè)節(jié)省人力物力。RTK流動(dòng)站可一人操作，基準(zhǔn)站設(shè)置好后可自動(dòng)運(yùn)行。用RTK進(jìn)行小面積測(cè)圖，不需要布設(shè)圖根控制網(wǎng)，而且點(diǎn)與點(diǎn)之間無(wú)需通視，省去了布設(shè)控制測(cè)量費(fèi)用及時(shí)間，省時(shí)省力。

（3）RTK測(cè)量精度高。實(shí)際工作中證明，RTK測(cè)圖點(diǎn)位誤差有不積累、不傳播等特點(diǎn)，測(cè)圖精度較高。

（4）RTK測(cè)圖方便易操作。在測(cè)量過(guò)程中，可使用手簿自帶功能將測(cè)得的點(diǎn)的點(diǎn)位顯示出來(lái)，并且能顯示出流動(dòng)站實(shí)時(shí)所在位置，以便對(duì)應(yīng)找出已測(cè)區(qū)域和未測(cè)區(qū)域。

5 RTK的精度分析及其在數(shù)字化測(cè)圖中的應(yīng)用實(shí)例

5.1 測(cè)區(qū)概況

本次數(shù)字化測(cè)土工程區(qū)域內(nèi)多為耕地，有少量房屋，地勢(shì)平坦，地面自然坡度在1.0％以內(nèi)。本次測(cè)量工程是為道路建設(shè)而設(shè)計(jì)的，道路全長(zhǎng)為3.5km，紅線寬度為60m，根據(jù)工程要求需測(cè)量1：500帶狀數(shù)字化地形圖。

5.2 RTK測(cè)量

為了有效滿足道路工程測(cè)量實(shí)際需要，在RTK測(cè)量過(guò)程中，首先需要對(duì)測(cè)區(qū)四等水準(zhǔn)進(jìn)行控制，沿測(cè)區(qū)需要布設(shè)一條四等水準(zhǔn)線路。需要注意的是，埋石或留點(diǎn)應(yīng)該盡量避免選擇在房屋旁或者大樹下，這樣能夠保證GPS信號(hào)的穩(wěn)定性。

在本次測(cè)量工程中，采用TOPCONHiper2臺(tái)1+2配置，在測(cè)區(qū)周邊開闊位置或者房屋頂部，需要架設(shè)基準(zhǔn)站，并且連接好電臺(tái)，調(diào)整各項(xiàng)設(shè)置，并合理選擇電臺(tái)頻道，然后再進(jìn)行自動(dòng)定位，即可完成基準(zhǔn)站設(shè)置工作。對(duì)流動(dòng)站電臺(tái)信號(hào)進(jìn)行檢查，若其為固定解即可進(jìn)行點(diǎn)校正，對(duì)于平面控制點(diǎn)，應(yīng)該校正三個(gè)以上，確保符合測(cè)量精度要求，測(cè)量高程應(yīng)該結(jié)合四等水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)位置進(jìn)行校正。本次作業(yè)采用編碼配合草圖法成圖，而對(duì)獨(dú)立地物和簡(jiǎn)單的線狀地物，則采用編碼法，對(duì)于復(fù)雜的地物地形采用畫草圖。

5.3 內(nèi)業(yè)處理

通過(guò)采用數(shù)字化成圖系統(tǒng)軟件，能夠?qū)ν鈽I(yè)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)有效的處理。本工程成圖采用CASS7.0軟件，在實(shí)際應(yīng)用中，需要進(jìn)行用戶化優(yōu)化，由于本次測(cè)土作業(yè)只有獨(dú)立地位和簡(jiǎn)單的線形地位運(yùn)用編碼成圖，因此對(duì)于編碼數(shù)量的要求不高，通過(guò)運(yùn)用A-Z和0-9單個(gè)字母或數(shù)字，就能夠較為準(zhǔn)確的對(duì)地形地貌進(jìn)行描述。在編碼過(guò)程中，只需要輸入簡(jiǎn)單的字母或數(shù)字，因此，編碼速度較快，作業(yè)效率高。①導(dǎo)出GPS的所測(cè)數(shù)據(jù)；②對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換；然后，結(jié)合實(shí)際情況選擇成圖比例尺，利用編碼使獨(dú)立地物直接成圖，對(duì)于比較復(fù)雜的地物，可以根據(jù)草圖編輯成圖；③加注方格網(wǎng)和根據(jù)需要進(jìn)行分幅，根據(jù)測(cè)圖的用處進(jìn)行其他的編輯注記等處理。

5.4 精度分析

在平面控制過(guò)程中，GPS精度能夠滿足其要求，因此應(yīng)用范圍十分廣泛。在本工程中，在校正求參作業(yè)中，不僅使用了測(cè)區(qū)外的4個(gè)控制點(diǎn)的平面和高程，而且還應(yīng)用了四等水準(zhǔn)線上的部分高程點(diǎn)。為了對(duì)GPS RTK所測(cè)高程精度進(jìn)行檢測(cè)和復(fù)核，需要采集測(cè)區(qū)內(nèi)沒(méi)有參與高程擬合的四等水準(zhǔn)點(diǎn)，然后進(jìn)行比較分析，經(jīng)驗(yàn)證，其精度均滿足測(cè)量規(guī)范要求，其實(shí)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 RTK高程和四等水準(zhǔn)點(diǎn)高程

在表1中，HD指的是水準(zhǔn)高程，GD指的是RTK實(shí)測(cè)的高程。由此可見，二者互差值比較小，最大絕對(duì)值為0.023m，最小絕對(duì)值為0.004m。由此可見，通過(guò)應(yīng)用RTK進(jìn)行數(shù)字化測(cè)圖，能夠符合測(cè)量工程精度需要。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在數(shù)字化地形測(cè)量工作中，RTK技術(shù)已經(jīng)得到廣泛推廣和應(yīng)用。在RTK技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，首先需要明確RTK技術(shù)的測(cè)量原理、誤差以及誤差控制辦法，然后結(jié)合實(shí)際需要將其應(yīng)用于測(cè)量工程中，加強(qiáng)測(cè)量質(zhì)量控制，這樣才能夠提高測(cè)量效果。為了促進(jìn)數(shù)字化地形測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，還應(yīng)該對(duì)RTK技術(shù)不斷改進(jìn)和完善，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。

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[2]陳長(zhǎng)歡.GPS RTK技術(shù)在數(shù)字化測(cè)量中的應(yīng)用 [J].黑龍江科技信息，2012（11）：111～112.

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1004-7344（2016）23-0176-02

2016-7-20

劉開宇（1988-），男，助理工程師，碩士，主要從事工程測(cè)量、大地測(cè)量工作。