牛琦道

摘 要 常規(guī)的地形測繪方法通常是應(yīng)用全站儀配合測圖軟件進(jìn)行，即首先在測區(qū)內(nèi)布設(shè)首級控制網(wǎng)，然后布設(shè)圖根控制點(diǎn)，最后在控制點(diǎn)上安置儀器測繪地形圖。這種方法要求測站與碎部點(diǎn)間必須通視，且受視距限制，工作效率不高。GPS-RTK定位技術(shù)具有精度高、速度快、施測靈活、點(diǎn)間不必通視等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 GPS-RTK技術(shù);地形測繪;測繪方法

1GPS-RTK概述

RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級定位結(jié)果，歷時(shí)不足一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài);可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級定位結(jié)果。

2GPS-RTK測量系統(tǒng)的設(shè)備

GPS-RTK測量系統(tǒng)主要由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)三個(gè)部分組成。

2.1 GPS接收機(jī)

GPS-RTK測量系統(tǒng)中至少包含兩臺(tái)GPS接收機(jī)，其中一臺(tái)安置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或若干臺(tái)分別置于不同的用戶流動(dòng)站上。基準(zhǔn)站應(yīng)設(shè)在測區(qū)內(nèi)較高點(diǎn)上，且觀測條件良好的已知點(diǎn)上。在作業(yè)中，基準(zhǔn)站的接收機(jī)應(yīng)連續(xù)跟蹤全部可見GPS衛(wèi)星，并利用數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)地將觀測數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶站。GPS接收機(jī)可以是單頻或雙頻。當(dāng)系統(tǒng)中包含多個(gè)用戶接收機(jī)時(shí)，基準(zhǔn)站上的接收機(jī)采用雙頻接收機(jī)，其采樣時(shí)間間隔與流動(dòng)站接收機(jī)采樣時(shí)間間隔相同[1]。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

基準(zhǔn)站同用戶流動(dòng)站之間的聯(lián)系是靠數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（簡稱數(shù)據(jù)鏈）來實(shí)現(xiàn)的。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備是完成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備之一，由調(diào)制解調(diào)器和無線電臺(tái)發(fā)射出去。在用戶站上利用無線電接收機(jī)將其接收下來，再由解調(diào)器將數(shù)據(jù)還原，并送給用戶流動(dòng)站上的GPS接收機(jī)。

2.3 RTK測量的軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)的功能和質(zhì)量，對于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的可行性、測量結(jié)果的可靠性及精度具有決定性意義。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量軟件系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能為：

（1）整周未知數(shù)的快速解算。

（2）根據(jù)相對定位原理，實(shí)時(shí)解算用戶站在WGS-84坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。

（3）根據(jù)已知轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

（4）求解坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（5）解算結(jié)果的質(zhì)量分析與評價(jià)。

（6）作業(yè)模式（靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài)等）的選擇與轉(zhuǎn)換。

（7）測量結(jié)果的顯示與繪圖。

3GPS-RTK測量工作模式及應(yīng)用

根據(jù)用戶的要求，目前實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量采用的作業(yè)模式主要有：

3.1 快速靜態(tài)測量

采用這種測量模式，要求GPS接收機(jī)在每一用戶站上靜止地進(jìn)行觀測。在觀測過程中，連同接收到的基站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)。如果解算結(jié)果趨于穩(wěn)定，且精度已滿足設(shè)計(jì)的要求，便可適時(shí)的結(jié)束觀測工作。

采用這種模式作業(yè)時(shí)，用戶站的接收機(jī)在流動(dòng)過程中，可以不必保持對GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，其定位精度可達(dá)1～2cm。這種方法可應(yīng)用于城市、礦山等區(qū)域性的控制測量、工程測量和地籍測量等。

3.2 準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測量

采用這種測量模式，通常要求流動(dòng)的接收機(jī)在觀測工作開始之前，首先在某一起始點(diǎn)上靜止地進(jìn)行觀測，以便采用快速解算周未知數(shù)的方法實(shí)時(shí)地進(jìn)行初始化工作。初始化后，流動(dòng)的接收機(jī)在每一觀測站上，只需靜止觀測幾個(gè)歷元，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地解算流動(dòng)站的三維坐標(biāo)。目前，其定位的精度可達(dá)厘米級。

但這種方法要求接收機(jī)在觀測過程中，保持對所測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。一旦發(fā)生失鎖，便需要重新進(jìn)行初始化工作。

準(zhǔn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測量模式，通常主要應(yīng)用于地籍測量、碎部測量、路線測量和工程放樣等。

3.3 動(dòng)態(tài)測量

動(dòng)態(tài)測量模式，一般需首先在某一起始點(diǎn)上，靜止地觀測數(shù)分鐘，以便進(jìn)行初始化工作。之后，運(yùn)動(dòng)的接收機(jī)按預(yù)定的采樣時(shí)間間隔自動(dòng)進(jìn)行觀測，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前，其定位的精度可達(dá)厘米級。

這種測量模式，仍要求在觀測過程中，保持對觀測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。一旦發(fā)生失鎖，則需要重新進(jìn)行初始化。這時(shí)，對陸地上的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)來說，可以在衛(wèi)星失鎖的觀測站上，靜止地觀測數(shù)分鐘，以便重新初始化，或者利用動(dòng)態(tài)初始化（AROF）技術(shù)，重新初始化。而對海上和空中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)來說，則只有應(yīng)用AROF技術(shù)，重新完成初始化的工作。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量模式，主要應(yīng)用于航空攝影測量和航空特探中采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)定位，航道測量，道路中線測量，以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的精密導(dǎo)航等。

目前，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng)，已在約30KM的范圍內(nèi)，得到了成功的應(yīng)用。隨著數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備性能和可靠性的不斷完善和提高，以及數(shù)據(jù)處理軟件功能的增強(qiáng)，他的應(yīng)用范圍將會(huì)不斷擴(kuò)大，其定位精度也會(huì)不斷提高。

4精度分析

為了測定運(yùn)用RTK是否能滿足地籍測量的精度要求，以下選取了GPS-RTK測量基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)，架設(shè)RTK基準(zhǔn)站、流動(dòng)站在離基準(zhǔn)站5公里范圍內(nèi)，有目的地施測了5級控制點(diǎn)、E級GPS控制點(diǎn)和宗地權(quán)屬界址點(diǎn)共計(jì)12個(gè)點(diǎn)，并采用靜態(tài)GPS測量技術(shù)、全站儀測量技術(shù)測量宗地權(quán)屬界址點(diǎn)坐標(biāo)，將這些測量結(jié)果、已知成果與RTK測量結(jié)果相比較。

5結(jié)束語

RTK測量結(jié)果與其他測量技術(shù)獲取的測量結(jié)果互差均在厘米級，其中互差最大為1.8厘米，最小為0.0厘米，平均為0.88厘米?？梢哉J(rèn)為GPS RTK測量結(jié)果的點(diǎn)位精度達(dá)到厘米級，而且點(diǎn)位之間不存在誤差累計(jì)，克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的弊病，完全滿足土地測量的測量精度要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭鑫.GPS-RTK測量技術(shù)在地形測繪中的應(yīng)用[J].西部資源，2018， （6）：145-146.