韓 柳，萬(wàn) 億

(新疆地礦局第一水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830091)

在測(cè)繪領(lǐng)域，GPS 已徹底改變了測(cè)繪作業(yè)原有的工作方式，而GPS-RTK 技術(shù)使測(cè)繪工作變得簡(jiǎn)單并且容易操作，同時(shí)還提高了測(cè)繪單位的生產(chǎn)效率。因而被廣泛地用于圖根控制測(cè)量、施工放樣工程測(cè)量及地形測(cè)量等應(yīng)用領(lǐng)域，這是 GPS 定位技術(shù)的重大突破。因此，本文在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[1-6]，對(duì)GPS-RTK 測(cè)量電臺(tái)模式和 CORS 模式區(qū)別進(jìn)行了分析，并對(duì)GPS技術(shù)在控制測(cè)量和高程控制測(cè)量方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 基本概念

1.1 RTK 的概念

RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)是 GPS 測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)和而構(gòu)成的實(shí)時(shí)定位技術(shù)。以前的靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量都須要事后解算才可以獲得厘米級(jí)的精度，但 RTK 技術(shù)它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，是GPS 應(yīng)用的重大突破，RTK 技術(shù)的出現(xiàn)為地籍測(cè)量、線路放樣等各類工程測(cè)量帶來(lái)了新曙光，很大程度上地提高了外業(yè)工作效率。

1.2 CORS 的概念

連續(xù)運(yùn)行的參考系統(tǒng)(Continuously Operating Reference System，CORS)是一種以提供衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)為主的多功能服務(wù)系統(tǒng)，是建立數(shù)字地球(國(guó)家、城市等)時(shí)必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施。因此，CORS 也稱為連續(xù)運(yùn)行的參考站，實(shí)際上是一種多功能的連續(xù)運(yùn)行的綜合服務(wù)系統(tǒng)。

2 對(duì)比分析

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置對(duì)比

RTK 作業(yè)需要配備外接電源、外接電臺(tái)、播發(fā)天線、手薄等必要設(shè)備，在有些特殊情況下還需要配備中繼站來(lái)增加信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)傳播距離。前期準(zhǔn)備和作業(yè)流程相對(duì)繁復(fù)，CORS 模式作業(yè)比前者簡(jiǎn)單，不需要過多的外接設(shè)備。

2.2 作業(yè)流程對(duì)比

2.2.1 RTK 的作業(yè)流程

本次實(shí)驗(yàn)采用華測(cè) X90進(jìn)行，GPS 基站的架設(shè)方法主要包括自由站架設(shè)基準(zhǔn)站和已知點(diǎn)啟動(dòng)基站法，根據(jù)實(shí)際測(cè)量的情況選擇相應(yīng)的架設(shè)方法。GPS 的信號(hào)傳播是以外接天線為中心，成輻射狀。根據(jù)本測(cè)區(qū)的地理位置和自然環(huán)境情況，本次實(shí)驗(yàn)采用自由站架設(shè)基準(zhǔn)站的方法?，F(xiàn)分別介紹如下：

1)自由站架設(shè)基準(zhǔn)站法。(1)選擇架設(shè)基準(zhǔn)站的地點(diǎn)，盡量選擇上空開闊、沒有強(qiáng)電磁干擾的地方、多路徑誤差影響較小的區(qū)域，正確的連接好儀器的電線并打開儀器；(2)架設(shè)播發(fā)天線，將天線接口與電臺(tái)相連，再將電臺(tái)與 GPS 相連，將供電設(shè)備外接在電臺(tái)上，給電臺(tái)和接收機(jī)供電；(3)利用手簿啟動(dòng)基準(zhǔn)站，在啟動(dòng)基準(zhǔn)站時(shí)，輸入天線高，用 WGS-84 平面坐標(biāo)啟動(dòng)基準(zhǔn)站，并檢查電臺(tái) TX 燈是否閃爍正常；(4)用手簿連接流動(dòng)站，在信號(hào)強(qiáng)度能達(dá)到的情況下，去測(cè)三個(gè)已知點(diǎn)并將已知點(diǎn)坐標(biāo)輸入手簿中進(jìn)行點(diǎn)校正，校正并使用坐標(biāo)后，去第四個(gè)點(diǎn)驗(yàn)證誤差合格后開始作業(yè)。

2)已知點(diǎn)啟動(dòng)基站法。(1)在已知點(diǎn)架設(shè)基準(zhǔn)站，進(jìn)行對(duì)中、調(diào)平；(2)將 GPS 接收機(jī)安置在基座上，保持其穩(wěn)定，量取天線高；(3)架設(shè)播發(fā)天線，將天線接口與電臺(tái)相連，再將電臺(tái)與 GPS 接收機(jī)相連，確定接線無(wú)誤后，將供電設(shè)備外接在電臺(tái)上，為電臺(tái)和接收機(jī)供電；(4)利用手簿啟動(dòng)基準(zhǔn)站，輸入已知點(diǎn)三維坐標(biāo)，啟動(dòng)接收機(jī)，設(shè)置外接電臺(tái)的發(fā)射頻率，電臺(tái)指示燈 TX 一秒閃動(dòng)一次，若該指示燈出現(xiàn)遲緩或者不規(guī)則閃動(dòng)，說明附近有干擾源，要適當(dāng)改正發(fā)射頻率；(5)基準(zhǔn)站正常啟動(dòng)后，用手簿連接移動(dòng)站，將流動(dòng)站的接受頻率設(shè)為基準(zhǔn)站的發(fā)射頻率，當(dāng)移動(dòng)站上顯示接收到基準(zhǔn)站信號(hào)后，等手簿上顯示固定解后開始工作。

2.2.2 CORS 站的作業(yè)流程

(1)儀器的架設(shè)：在待測(cè)點(diǎn)上擺設(shè)三腳架，安裝配套的基座，對(duì)中整平，安置好流動(dòng)站接收機(jī)并開機(jī)，取平均值輸入儀器高；(2)流動(dòng)站主機(jī)設(shè)置，移動(dòng)站用 CORS 系統(tǒng)時(shí)，設(shè)置模式為(按下 F 鍵顯示當(dāng)前模式)，當(dāng)主機(jī)工作模式設(shè)置好之后，插入 SIM 卡，手簿連接好主機(jī)即可；(3)手薄設(shè)置：設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，輸入賬號(hào)和密碼，撥號(hào)連接，使流動(dòng)站接入 CORS 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；(4)確認(rèn)上述設(shè)置無(wú)誤后，回到軟件主界面，點(diǎn)擊設(shè)置—其他設(shè)置—網(wǎng)絡(luò)重置，進(jìn)行撥號(hào)連接。儀器撥號(hào)上網(wǎng)時(shí) STA 燈長(zhǎng)亮，DL 的綠燈在閃。撥號(hào)后 STA燈滅，第一排的紅燈綠燈會(huì)間斷閃爍。撥號(hào)成功后，軟件主界面狀態(tài)欄顯示固定解，流動(dòng)站即可以開始進(jìn)行測(cè)量工作。連接成功后，流動(dòng)站開始作業(yè)。

2.3 實(shí)效對(duì)比

2.3.1 誤差改正參數(shù)分析

RTK 測(cè)量電臺(tái)模式進(jìn)行工作時(shí)，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離大致為幾公里到十幾公里。在如此的距離情況下，由于衛(wèi)星至觀測(cè)站的電磁波傳播路徑上的大氣狀況甚為相似，因此基準(zhǔn)站與流動(dòng)站受到的電離層誤差、對(duì)流層誤差影響均可通過差分得以消去。多路徑效應(yīng)是 RTK 測(cè)量誤差的重要來(lái)源，但實(shí)際上由于地面可能會(huì)有很多反射信號(hào)同時(shí)進(jìn)入接收機(jī)天線，此時(shí)的多路徑效應(yīng)更難以分析減弱。

因此，從對(duì)比GPS-RTK 測(cè)量電臺(tái)模式和 CORS 模式誤差處理方式角度可以看出，CORS 模式的解算精度更高，并且 CORS 方式下的流動(dòng)站定位精度分布也比電臺(tái)模式更加均勻。

2.3.2 精度分析

CORS 模式相對(duì)于傳統(tǒng) GPS RTK 來(lái)說，精度有了很大的提升。由于傳統(tǒng) GPS RTK的定位精度和可靠性會(huì)具有隨著流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間距離的增加而降低的特點(diǎn)，并且還具有定位精度和可靠性分布不均勻的特征。經(jīng)過一些工程案例證明：CORS系統(tǒng)在精度方面具有很好的優(yōu)越性，主要是因?yàn)?CORS 系統(tǒng)具有很好的數(shù)據(jù)處理模型和完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。

3 GPS技術(shù)控制測(cè)量應(yīng)用

3.1 復(fù)測(cè)網(wǎng)技術(shù)要求

1) GPS測(cè)量的主要技術(shù)要求見表1和表2。

表1 GPS測(cè)量的精度指標(biāo)

表2 GPS測(cè)量主要技術(shù)指標(biāo)

注：當(dāng)基線長(zhǎng)度短于500 m時(shí)，一、二、三等邊長(zhǎng)中誤差應(yīng)小于5 mm，四等邊長(zhǎng)中誤差應(yīng)小于7.5 mm。

2)高程控制測(cè)量技術(shù)要求。(1)直返目標(biāo)的高差，應(yīng)進(jìn)行地球曲率和折光差的改正；(2)平差前應(yīng)計(jì)算每千米高差全中誤差；(3)各等級(jí)高程網(wǎng)，應(yīng)按照最小二程法進(jìn)行平差并計(jì)算每千米高差全中誤差；(4)高程成果取值，應(yīng)精確至1 mm。

3.2 成果分析

3.2.1 復(fù)測(cè)網(wǎng)成果

在確認(rèn)復(fù)測(cè)網(wǎng)自身精度滿足規(guī)范要求的前提下，將復(fù)測(cè)成果與原測(cè)成果(設(shè)計(jì)成果)進(jìn)行全面對(duì)比分析。主要項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)如下：

平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)與原測(cè)坐標(biāo)成果較差的限差應(yīng)滿足規(guī)定，不滿足限差要求時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行再次復(fù)核測(cè)量，當(dāng)復(fù)核測(cè)量仍與設(shè)計(jì)坐標(biāo)較差超限時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照“整體控制，分級(jí)布設(shè)、逐級(jí)加密”方式處理坐標(biāo)，并報(bào)監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位確認(rèn)。

坐標(biāo)增量較差精度按照GPS復(fù)測(cè)相鄰點(diǎn)間坐標(biāo)差之差的相對(duì)精度限差進(jìn)行控制，在超限時(shí)，首先分析超限原因，若由于短邊造成的超限，原則上不更新原成果，對(duì)于由于坐標(biāo)增量較差絕對(duì)值較大引起的超限，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行再次復(fù)核測(cè)量，當(dāng)復(fù)核測(cè)量仍與原成果較差超限時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)“整體控制，分級(jí)布設(shè)、逐級(jí)加密”方式處理坐標(biāo)，并報(bào)監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位確認(rèn)。

如果出現(xiàn)超限，則超限坐標(biāo)更新方法：根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》第42頁(yè)5.10.2款要求，“當(dāng)較差超限時(shí)，應(yīng)進(jìn)行二次復(fù)測(cè)，查明原因，并采用整體控制，分級(jí)布設(shè)、逐級(jí)加密方法處理成果，提交監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位確認(rèn)。”根據(jù)對(duì)復(fù)測(cè)成果的分析，應(yīng)當(dāng)采用更符合實(shí)際情況的坐標(biāo)。

3.2.2 高程控制測(cè)量成果

(1)以相鄰普通四等水準(zhǔn)點(diǎn)為測(cè)段統(tǒng)計(jì)往返測(cè)高差不符值應(yīng)滿足限差要求，滿足時(shí)取往返測(cè)平均值為測(cè)段高差復(fù)測(cè)成果；(2)以相鄰水準(zhǔn)點(diǎn)往返測(cè)高差不符值統(tǒng)計(jì)M△，應(yīng)滿足規(guī)范要求；(3)M△合格后再分析測(cè)段復(fù)測(cè)高差與原設(shè)計(jì)高差之差是否滿足限差要求，滿足時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)成果仍采用設(shè)計(jì)高程，超限時(shí)應(yīng)分析原因并重測(cè)； (4)采用同精度內(nèi)插方法更新成果時(shí)應(yīng)由監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位確認(rèn)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)GPS-RTK 測(cè)量電臺(tái)模式和 CORS 模式都有各自的特點(diǎn)。在建有 CORS 系統(tǒng)的區(qū)域可以優(yōu)先考慮使用該模式進(jìn)行測(cè)量，但是在無(wú)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的條件下，則可以選擇 RTK 測(cè)量的電臺(tái)模式進(jìn)行測(cè)量作業(yè)。

(2)平面控制網(wǎng)復(fù)測(cè)與原測(cè)坐標(biāo)成果較差的限差應(yīng)滿足規(guī)定，不滿足限差要求時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行再次復(fù)核測(cè)量，當(dāng)復(fù)核測(cè)量仍與設(shè)計(jì)坐標(biāo)較差超限時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照“整體控制，分級(jí)布設(shè)、逐級(jí)加密”方式處理坐標(biāo)，并報(bào)監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位確認(rèn)。

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