陳華南

摘 要在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，RTK技術在城市測繪工程中已經(jīng)得到廣泛的應用，并且取得了良好的效果，已成為城市平面定位的重要技術之一;但在高程測量方面，由于RTK高程精度具有不確定性，其應用受到一定程度的影響。本文從削弱衛(wèi)星信號傳播誤差影響、正確設置虛擬參考站、觀測數(shù)據(jù)質量控制及外界環(huán)境影響控制四方面對廈門網(wǎng)絡RTK高程測量進行研究分析，可為RTK測高應用提供一些借鑒和參考。

關鍵詞網(wǎng)絡RTK高程;VRS;精度控制

0 引言

在測繪工作中，RTK以其平面定位精度高、時間短、無誤差累積、操作簡單、全天候等優(yōu)點，在測繪各個領域被廣泛運用。RTK測量技術在平面控制測量中已得到廣泛應用，并取得顯著效益，但RTK高程卻沒有像RTK平面坐標那樣被廣泛應用，主要原因是RTK高程的影響因素較多較復雜，高程成果精度有時無法滿足城市測量的需求。想獲得較高精度的RTK高程，需要多措并舉。

1 RTK高程影響因素

RTK高程由流動站測得的大地高減去流動站的高程異常獲得[1]，如式：

其精度在由大地高向正常高轉換中，由于方法不同，受高程異常精度和垂線偏差的影響，導致正常高精度存在不確定性。另一方面，RTK大地高的精度也制約著正常高的精度，而大地高測量精度受衛(wèi)星信號傳播過程誤差、GPS觀測數(shù)據(jù)質量、外界環(huán)境、人為因素的影響。故RTK高程測量一定要謹慎，反復校核，排除粗差，才能得到精度較高質量可靠的RTK高程。

2 廈門RTK高程精度控制方法

廈門RTK運行采用的是網(wǎng)絡RTK模式，其中包括7個基準站組成CORS網(wǎng)、管理中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、用戶服務中心。因RTK高程精度受多方面因素的影響，為保證RTK高程的穩(wěn)定可靠，在實踐中，廈門網(wǎng)絡RTK從以下四方面進行質量控制。

2.1 衛(wèi)星信號傳播過程產(chǎn)生的誤差控制

利用網(wǎng)絡RTK技術有效消除衛(wèi)星信號傳播過程產(chǎn)生的誤差，包括GPS軌道誤差，電離層、對流層延遲誤差，控制參考站與流動站間線性誤差傳遞。

RTK技術在應用中遇到的較大問題是參考站關于衛(wèi)星信號傳播過程產(chǎn)生的誤差校正數(shù)據(jù)的有效作用距離。GPS誤差的空間相關性隨參考站和流動站距離的增加而逐漸變差[2]，為了克服傳統(tǒng)單基準站RTK技術的缺陷，廈門采用網(wǎng)絡RTK技術——廈門CORS技術。廈門CORS由均勻分布的7個連續(xù)運行參考站組成，覆蓋整個廈門市行政區(qū)域范圍，最長基線32.6公里，最短16.2公里，平均23公里。如下圖所示：

外業(yè)測量中，流動站將NMEA格式單點定位坐標發(fā)送到服務器，服務器據(jù)此自動選擇最佳的一組固定基準站，基于這組基準站的實測差分值建立誤差模型，并在流動站旁生成一個虛擬參考站及內插計算差分改正值，通過NTRIP協(xié)議實時向流動站分發(fā)差分數(shù)據(jù)，流動站根據(jù)接收的差分信號實時求解雙差模糊度，解算出流動站的三維定位坐標，流程見下圖。該方式能有效消除衛(wèi)星信號傳播過程產(chǎn)生的誤差，并解決RTK作業(yè)距離的限制問題，消除校正數(shù)據(jù)線性傳遞誤差。

2.2 正確設置虛擬參考站

廈門RTK高程在測繪工作中采用VRS（虛擬參考站）模式下流動站獲取正常高的方法[3]。基本原理如下：因大地水準面連續(xù)、均勻，且流動站與VRS距離較短，可認為流動站與虛擬參考站具有相同的高程異常。如下圖所示，將VRS坐標沿垂線方向平移，則各流動站也將在高程方向變化相同的量，從而實現(xiàn)大地高到正常高的轉換。

但是，VRS至流動站的距離越遠高程異常值的差異越大。日常作業(yè)中，當流動站與VRS距離超過500米時服務器自動重新生成新的虛擬參考站，才能獲得作業(yè)要求的高程精度。

2015年8月，我們用此方法對覆蓋廈門市的14個D級GPS點進行RTK檢測。檢測結果發(fā)現(xiàn)生成的虛擬參考站與流動站距離最大為7.11米，最大高程較差為3.7cm。比之前采用的單基站法獲取正常高精度約為10cm有了很大提升。檢測結果見表1。

2018年4月對廈門市集美及海滄區(qū)的31個D級GPS點及一級導線點進行了RTK檢測，且有意將流動站設置成只對距離最近的基準站生成VRS虛擬站，而不是在作業(yè)半徑500米內生成虛擬站。檢測結果有8個點的高程較差超過10cm，詳見表2。

由此可見，VRS虛擬參考站點離流動站點越遠，與流動站的觀測條件差別越大，一方面導致差分改正數(shù)不反應流動站的實際情況，另一方面也導致高程異常不具代表性，從而導致高程精度非常不穩(wěn)定。這從反面說明VRS模式下流動站獲取正常高方法的重要性。

2.3 觀測數(shù)據(jù)質量控制：制定標準的作業(yè)流程，盡量避免外業(yè)測

量過程中對RTK高程精度產(chǎn)生主觀的不良影響。

（1）硬件要求：RTK要選擇精度等級不低于基線精度5mm+1ppm、高程精度10mm+2ppm的儀器。

（2）仔細選擇時段，確保RTK觀測點具備良好的對星圖形條件，進行觀測時，衛(wèi)星狀態(tài)應符合表3規(guī)定。

（3）觀測開始前應初始化并得到固定解，當初始化時間超過2分鐘仍不能獲得固定解時，宜斷開、重新連接通信鏈路進行初始化操作;當接收機重新啟動3次仍不能獲得固定解，應選擇其他位置或時段進行作業(yè)。

（4）觀測時應采用三腳架對中、整平，每測回歷元數(shù)不少于60個。測回間須重新初始化，取各測回中數(shù)作為觀測結果。比較各次觀測值剔除粗差。

（5）RTK檢測已有高程控制點個數(shù)不少于2個（檢核已知點主要為防止儀器設置錯誤）;用RTK布控時，相鄰點間需用全站儀進行高差檢核以檢查是否存在粗差，以保證成果的可靠性[4]。檢核圖根以上已知點較差、全站儀檢核高差應符合表4規(guī)定。

2.4 外界環(huán)境影響的控制

減少流動站周邊干擾源對觀測質量的影響。

RTK作業(yè)時，要考慮是否被周邊樹木、房屋、山坡等遮擋物干擾衛(wèi)星載波傳播路徑;大面積水域、大面積反射源（如大面積白色屋頂建筑群）等影響信號質量;電磁干擾較嚴重的干擾源，如高壓電塔、高壓線、工地的塔吊也會影響觀測精度。外界環(huán)境對RTK高程精度影響的偶然性很難發(fā)現(xiàn)，往往要通過多次多余觀測、不同時段觀測以及內業(yè)數(shù)據(jù)排查才能發(fā)現(xiàn)外界干擾源對精度的影響。

2019年11月對廈門市海滄區(qū)D級點5個，一級點30個，共35個控制點進行RTK檢測。檢測結果發(fā)現(xiàn)，其中點號為H18A0177、H18A0266兩點的高程誤差大于10cm。隔天再次對這兩個點進行檢測，結果為H18A0266高程較差1.5cm，H18A0277高程較差-3.2cm，符合要求。經(jīng)過認真排查，發(fā)現(xiàn)這兩點有信號干擾源：H18A0266周邊30米處有一棟3層大面積白色反射面鐵皮屋頂廠房，H18A0277旁邊有2米高的行樹遮擋，第一次觀測時，兩點周邊500米范圍內均未自動生成VRS虛擬站，雖然初始化正常，固定解正常，但檢測結果RTK高程誤差值超限。復測時，由于時段不同，在流動站附近500米內成功生成了VRS，因而測得的高程滿足測量規(guī)范的要求[5]。

3 結束語

通過對上述各個RTK高程影響因素的把控，從根源處進行質量控制，細心觀測，廈門市網(wǎng)絡RTK高程精度總體上滿足廈門市城市測量精度的需求。目前網(wǎng)絡RTK測高已大量應用于項目竣工測量、地形圖的局部修測，四等及等外水準測量，實現(xiàn)了GPS測高取代傳統(tǒng)水準測量，進而完成GPS二維平面定位到同時確定海拔高程的三維定位轉變，較好地滿足了工程領域快速高效獲得三維點位的要求。

參考文獻

[1]李天文. GPS原理及應用[M]. 北京：科學出版社，2009.

[2]張海瑞，陳西強. CORS系統(tǒng)的技術特點及應用現(xiàn)狀與展望[J]. 硅谷，2010，（1）：147-148

[3]歐陽欣，江春發(fā)，郭垂注.VRS模式下流動站獲取正常高的方法[J].地理空間信息，2014年2月：140-141？

[4]城市測量規(guī)范. 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，2011.

[5]衛(wèi)星定位城市測量技術規(guī)范. 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，2010.