王歷明，尚飛艷，郭俊強，龔真春，李國營

（61243部隊，甘肅 蘭州730020）

利用GPS-RTK測量作業(yè)應注意事項及措施

王歷明，尚飛艷，郭俊強，龔真春△，李國營

（61243部隊，甘肅 蘭州730020）

簡要介紹了GPS-RTK測量的基本原理、構成和誤差源。結合幾年來利用GPS-RTK進行作業(yè)的實踐經(jīng)驗，以其在“蘭-銀”輸油輸氣管線測量中的高效、成功應用為例，分析比較了其優(yōu)勢和不足，歸納總結了采用GPS-RTK作業(yè)時應注意的一些事項及相應的對策措施，對實際作業(yè)有一定的參考和借鑒價值。

GPS-RTK；測量作業(yè)；注意事項；應對措施

常規(guī)的GPS測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK(Real Time Kinematic)技術采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是一種將GPS與數(shù)傳技術相結合，實時進行數(shù)據(jù)處理解算，在1～2s的時間里能得到高精度位置信息的測量技術[1]。這項技術一經(jīng)問世，便極大地拓展了GPS的使用空間，目前已被廣泛運用于工程測量、地形測圖、變形監(jiān)測和實時導航定位等方面，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率，是GPS應用的重大里程碑[2]。

本文結合幾年來利用GPS-RTK進行作業(yè)的實踐經(jīng)驗，如軍用土地第二次調查、“蘭-銀”輸油輸氣管線測量、軍用機場測量和小范圍大比例尺地形圖快速測制等任務。在簡述GPS-RTK系統(tǒng)組成、測量原理和定位誤差源的基礎上，以“蘭-銀”輸油輸氣管線測量任務為例，比較分析了其優(yōu)勢和不足，歸納總結了作業(yè)時的一些注意事項及相應的對策措施。

1 RTK系統(tǒng)的基本原理、組成和誤差源

RTK的基本工作原理是將一臺接收機置于參考站中，另一臺或幾臺接收機置于載體（稱為流動站）上。參考站和流動站同時接收同一時間、同一GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，參考站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，就得到GPS差分改正值，然后，將這個改正值通過無線電數(shù)據(jù)鏈及時傳遞給共視衛(wèi)星的流動站，精化其GPS觀測值，從而得到流動站較精確的3維坐標和測量精度[3]。RTK由基準站、流動站和無線電數(shù)據(jù)鏈三部分組成。

RTK定位的誤差一般分為三類[4]：

1)與GPS衛(wèi)星和RTK儀器有關的誤差：包括GPS衛(wèi)星軌道誤差、鐘誤差、RTK天線相位中心變化等。

2)與信號傳播有關的誤差：包括大氣延遲誤差、對流層誤差、多路徑效應、信號干擾等。

3)與操作人員有關的誤差：包括轉換參數(shù)引起的誤差、基準站與流動站之間的距離、基準站與流動站操作人員的誤差等。這三部分誤差可統(tǒng)稱為GPS-RTK定位誤差，由系統(tǒng)的控制終端（如掌上機）實時顯示。而作為用戶最關心的是其定位的平面和高程兩方面精度。

2 GPS-RTK技術應用實例

2.1 工程概況

2009年至2010年，受中國天然氣公司委托，我部承擔了西氣東輸蘭州至銀川段的管線測量任務。管線全長約400km，任務要求完成20個閥(泵)室D級GPS點測量、487個管線特征點測量和200km的1∶2000管線帶狀圖測制任務。由于工期要求緊，在考慮測量點位較多和僅用傳統(tǒng)測量方法不能及時完成的實際情況下，作業(yè)時采用了基于GPS連續(xù)運行基準站方法進行D級GPS控制點測量，用RTK技術進行管線特征點測量，RTK與全站儀相結合的方法來進行管線帶狀圖測制。

2.2 所用作業(yè)儀器設備

作業(yè)所用儀器為南方公司生產(chǎn)靈銳S86型3

△通訊作者：龔真春（1973-），男，甘肅景泰人，高級工程師，主要從事大地測量和GNSS導航定位方面的研究。

臺（套）雙頻GPS接收機和3臺全站儀。其中GPS接收機性能指標為[5]：靜態(tài)平面精度±3mm＋1ppm，高程精度±5mm＋1ppm，靜態(tài)作用距離優(yōu)于100km；RTK平面精度±1cm＋1ppm，高程精度±2cm＋1ppm，RTK作用距離：優(yōu)于10公里，RTK初始化時間：典型15秒。全站儀為俫卡TPS1202：測角精度：2"，測距精度(2mm＋2ppm×D)。

2.3 測量方法及作業(yè)流程

“蘭－銀”輸油輸氣管線測量任務的作業(yè)方法及流程如圖1所示。

圖1 “蘭－銀”輸油輸氣管線測量作業(yè)流程

1)基于GPS連續(xù)運行基準站作業(yè)模式進行D級GPS控制點測量。采用基于GPS連續(xù)運行基準站的作業(yè)模式時，野外作業(yè)小組獨立測量，不需要與其他作業(yè)小組同步觀測構成同步區(qū)，減輕了外業(yè)組織的工作量，大大提高了作業(yè)效率和成果解算精度。獲取20個閥(泵)室D級點平面及高程準確成果后，進行后續(xù)的管線特征點測量、帶狀圖測制。

2)利用RTK技術進行管線特征點測量。將D級GPS點作為RTK參考站，超過作業(yè)距離時，通過靜態(tài)測量增設臨時基準站。利用RTK技術進行管線特征點測量，數(shù)據(jù)處理采用南方靈銳自帶解算軟件“工程之星”進行處理。

3)管線帶狀圖測制。在進行管線數(shù)字測圖時，在地勢開闊、GPS信號強的區(qū)域內，用RTK接收機采集碎部點；在有遮擋GPS衛(wèi)星信號的接收和影響數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)貛r，采用全站儀完成碎部點測量。

依據(jù)上述測量方法和作業(yè)流程，雖然在作業(yè)過程中遇到了一些問題，但經(jīng)過作業(yè)人員及時而有效的解決，最終按期完成了任務，所測成果一次性通過驗收并上交。

3 RTK技術測量作業(yè)的優(yōu)勢與不足

3.1 RTK測量作業(yè)的優(yōu)勢

工程應用實踐表明，采用RTK技術進行作業(yè)，具有以下主要優(yōu)點[6]：

1)作業(yè)效率高。例如在地形條件良好的情況下，高質量的RTK設站一次至少可測完5km半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，進行碎部點測量時，每個點上只需測量3～5s，節(jié)省人力和時間，大大提高了作業(yè)速度和效率。

2)定位精度高，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在其作業(yè)半徑范圍內，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級，且不存在誤差積累。

3)全天候作業(yè)。RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只需要滿足數(shù)據(jù)傳輸和對空通視的要求，因此和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術作業(yè)受限因素少，幾乎可以全天候作業(yè)。

4)RTK作業(yè)自動化、集成化程度高。RTK可勝任各種測繪外業(yè)，流動站配備高效手持操作手簿，內置專業(yè)軟件可自動實現(xiàn)多種測繪功能，減少人為誤差，保證作業(yè)精度。

3.2 RTK技術的缺點

雖然RTK技術有著常規(guī)儀器所不能具備的優(yōu)點，但卻存在以下幾方面不足，使得其在應用中受到限制，主要表現(xiàn)為：

1)用戶需要架設本地的參考站。

2)誤差隨距離增長。

3)誤差的增長使流動站和參考站間的距離受到限制，作業(yè)距離一般小于15km，隨儀器性能、電臺功率大小而不同。

4)可靠性不能達到100%。RTK確定整周模糊度的可靠性為95%～99%，在穩(wěn)定性方面不及全站儀，這是由于RTK較容易受衛(wèi)星狀況、電離層狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況等影響的緣故[7]。

4 RTK作業(yè)應注意的事項及應對措施

雖然RTK有如上所述的缺點，但其優(yōu)點遠遠大于缺點，且有些優(yōu)點是常規(guī)測量方法所不能比擬的。針對RTK技術的缺點，結合作業(yè)經(jīng)驗，歸納總結

出以下應注意的事項及應對措施，以彌補RTK技術的不足，提高作業(yè)效率。

1)準備充分，摸清儀器特性。通過在各種條件下反復試驗，摸清儀器各種特性，如能否達到標稱精度，在各種條件下的測量誤差、作業(yè)半徑、初始化能力及所耗時間，摸儀器的穩(wěn)定性等等，以便應用時得心應手。

2)注重基準位置的選擇?；鶞收颈M量設置在點位較高的控制點上，以利于接收衛(wèi)星信號和數(shù)據(jù)鏈信號，控制點間距離應小于RTK有效作業(yè)半徑的2/ 3倍。為方便對RTK測量成果進行控制檢核和避免出現(xiàn)作業(yè)盲點，應在測區(qū)內環(huán)境不良地區(qū)增設一些控制點，控制點的選點還要避免無線電干擾和多路徑效應。

3)確保測區(qū)坐標轉換參數(shù)的正確、可靠。轉換參數(shù)的好壞直接影響RTK的測量精度，用于求取轉換參數(shù)的控制點的精度及分布是影響定位精度很重要的一環(huán)。一般要求是：控制點在測區(qū)內要均勻分布，對于較大范圍的測區(qū)，應進行轉換參數(shù)分區(qū)求解，且區(qū)與區(qū)之間要有適當?shù)闹睾宵c；其次是控制點在測區(qū)內要均勻分布，平面起算點要5個以上，高程起算點要7個以上，目的是擬合出高精度的水準面。

4)假值問題。用RTK作業(yè)要求必須初始化成功后，即解的類型為固定解 （Fixed），而不是浮點解(Floated)，才能進行作業(yè)。但由于受衛(wèi)星、接受時間、處理軟件、環(huán)境因素等各方面影響，有時在固定解的情況下進行作業(yè)，但事后經(jīng)檢核發(fā)現(xiàn)，同一個設計點，平面位置誤差可達20cm，高程誤差50cm甚至更大。一般情況下，防止假值出現(xiàn)的辦法主要有：①每日作業(yè)前，復測兩個以上的首級控制點來檢驗；②初始化丟失后，重新初始化后要復測兩個首級控制點來檢驗；③作業(yè)注意高程值，看是否與實際相符，有無出現(xiàn)異常高程值，通常出現(xiàn)假值時，高程變化較大；④室內處理數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)有高程變化異常的點，第二天應去復查這些點。

5)合理選擇作業(yè)時間。通過下載星歷文件了解測區(qū)的衛(wèi)星分布情況，編制可行的作業(yè)計劃，盡量避開衛(wèi)星信號盲區(qū)和電離層干擾大的時段，以避免無必要的返工。

6)RTK測量困難地區(qū)，選擇合理的作業(yè)流程。在山區(qū)和樹林較密的地方使用RTK作業(yè)，主要表現(xiàn)為收不到基準站信號或時有時無，初始化較慢且易丟失、測量用時較長和精度不高等。對于此類問題，解決辦法主要有：①選好基準點，要開闊，電臺功率調到最大，電臺天線盡可能架高；②把流動站天線架高；③使用電臺中繼站；④架雙基準站工作；⑤聯(lián)合全站儀作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀的各自優(yōu)勢。

5 結束語

GPS-RTK技術相比常規(guī)測量及靜態(tài)GPS測量來說，其作業(yè)效率和精度大大提高。目前選擇精度高、抗干擾性強的RTK儀器，并通過全面的質量保證措施，能得到更加穩(wěn)定可靠的高精度成果。同時，充分利用RTK協(xié)同全站儀聯(lián)合作業(yè)的方式，發(fā)揮出各自優(yōu)勢，能克服不良天氣、地形限制、作業(yè)半徑及工序過多等弊端，達到提高作業(yè)效率，加快施工進度，保證成果質量，節(jié)省人力物力等目的。本文結合工作實踐，對采用GPS-RTK技術進行作業(yè)進行了一些歸納和總結，以供實際作業(yè)參考和借鑒。

[1]徐紹銓,張華海,楊志強.GPS測量原理與應用[M].武漢∶武漢大學出版社,2008.

[2]龔真春,陳宏偉,張曉博等.GPS-RTK聯(lián)合全站儀在沿黃公路施工放樣中的應用[J].測繪空間與地理信息,2015, 38（11）∶137-138.

[3]黃俊華,陳文森.連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務系統(tǒng)建設與應用[M].北京∶科學出版社,2009.

[4]林和忠.RTK技術的誤差分析與處理[J].北京測繪,2005,（4）∶14-15.

[5]靈銳S86產(chǎn)品手冊[M].南方測繪儀器有限公司,2007.

[6]余小龍,胡學奎.GPS RTK技術的優(yōu)缺點及發(fā)展前景[J].測繪通報,2007（10）∶40-41.

[7]孟靈飛.網(wǎng)絡RTK技術分析與應用研究[D].遼寧工程技術大學碩士論文,2013.

p631.82