GPS- RTK測量技術應用探討

◎ 72946部隊 岳 亭

1、引言

全球定位系統實時動態（Real Time Kinematic）定位測量技術是全球衛星導航定位技術與數據通信技術相結合的載波相位實時動態差分定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果。在RTK測量模式下，參考站通過數據鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站，流動站不僅采集衛星觀測數據，還通過數據鏈接收來自參考站的數據，并在系統內組成差分觀測值進行實時處理。RTK能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。流動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態。RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術。

RTK測量技術的出現，幾乎完全改變了傳統的控制測量方法，RTK 測量可用于的測量工作有：（1）控制測量：RTK 技術可用于四等以下控制測量、工程測量等工作。（2）地形測量：采用 RTK，并配合一定的測圖軟件，可以測設各種地形圖，如數字化測圖；線路帶狀地形圖的測設；配合測深儀可以用于水下地形圖；航海海洋測圖等。 RTK外業也可進行屬性編碼。（3）放樣測量：將設計方案放樣到實地。在外業可直接進行點放樣，線放樣也可進行線路設計，增強了設計的應用范圍。由于RTK在行進中不斷計算測站位置、偏移量及填挖方量，此時放樣可以與設計很好的結合起來。

然而 RTK的測量技術還存在一定的局限性，比如遮擋、強磁場干擾、太陽黑子，多路徑效應及超遠距離等因素都對測量質量有一定的影響，甚至達到無法測量。還有一些人為操縱不規范、技術控制不當的原因，也會影響測量精度。本文試就此作簡要探討。

2、RTK控制測量技術控制

2.1 RTK控制測量前，應根據任務需要，收集測區高等級控制點的地心坐標、參心坐標、坐標系統轉換參數和高程成果等，進行技術設計。

2.2 RTK平面控制點按精度劃分等級為：一級控制點、二級控制點、三級控制點。RTK高程控制點按精度劃分等級為五等高程點。

2.3 平面控制點可以逐級布設、越級布設或一次性全面布設，每個控制點宜保證有一個以上的等級點與之通視。

2.4 RTK測量可采用單參考站RTK測量和網絡RTK測量兩種方法進行。在通信條件困難時，也可以采用后處理動態測量模式進行測量。

2.5 已建立CORS網的地區，宜優先采用網絡RTK技術測量。

2.6 RTK測量衛星的狀態應符合表1規定。（見表1，表2）

表1 RTK測量衛星狀態的基本要求

2.9 RTK平面控制點坐標的測定

2.9.1 RTK控制點平面坐標測量時，流動站采集衛星觀測數據，并通過數據鏈接收來自參考站的數據，在系統內組成差分觀測值進行實時處理，通過坐標轉換方法將觀測得到的地心坐標轉換為指定坐標系中的平面坐標。

2.9.2 在獲取測區坐標系統轉換參數時，可以直接利用已知的參數。在沒有已知轉換參數時，可以自己求解。地心坐標系（2000國家大地坐標系）與參心坐標系（如1954年北京坐標系、1980西安坐標系或地方獨立坐標系）轉換參數的求解，應采用不少于3點的高等級起算點，所選起算點應分布均勻，且能控制整個測區。轉換時應根據測區范圍及具體情況，對起算點進行可靠性檢驗，采用合理的數學模型，進行多種點組合方式分別計算和優選。

表2 RTK平面控制點測量主要技術要求

3、作業中應注意的問題

3.1 要注意確定正確的坐標系統、高程系統和時間系統。

（1）全球定位系統實時動態（RTK）測量采用地心坐標系，即2000國家大地坐標系，當RTK測量成果要求提供其它參心坐標系（如1954年北京坐標系、1980西安坐標系或地方獨立坐標系）時，應進行坐標轉換。

（2）高程系統采用正常高系統，按照1985國家高程基準起算。

（3）RTK測量宜采用協調世界時UTC。當采用北京標準時間BST時，應考慮時區差與UTC進行換算。

3.2 要注意操作的規范。

（1）工程作業前應將儀器進行一次總復位，以確保儀器工作狀態最佳。

（2）基準站盡可能架高，以提高數據鏈的傳輸速度和距離。但應避開強磁場（雷達、高壓線、微波塔和磁鐵礦等）的干擾。

（3）基準站的衛星截止高度角設置不應小于 15 度。

（4）測區第一次設置基準站或重新設置基準站后，均需聯測一個已知點作為檢核。

（5）測量時置信程度必須設置在99.9%，在固定解狀態且HRMS≤0.02、VRMS≤0.02 時方可數據采集，并在同一時間段重置整周模糊度，再采集一次數據以供檢核。對于沒有檢核條件的測量點，應分不同時間段進行重復測量，以避免測錯。

（6）如在測量過程中出現誤操作時，要從基準站讀取數據，檢查天線類型、天線高等參數的正確性，并重新設置流動站。

（7）在流動站作業時，接收機天線姿態要盡量保持垂直(流動桿放穩、放直)。一定的斜傾度，將會產生很大的點位偏移誤差。如當天線高2m，傾斜 10°時，定位精度可影響3.47cm。（S=20 sin10° =3.47cm）。

（8）在進行 RTK 作業時，應認真總結作業方法，統計測量精度 做好測量報告的編寫工作，以便完善 RTK操作規程。

3.3 正確判斷觀測質量。

（1）直接查看觀測手簿上的收斂值。目前大多數 RTK儀器都已采用 OTF 方法計算整周模糊度，大大縮短了解算時間。因此，在無干擾的測區，儀器鎖定衛星在 5顆以上時，5 秒鐘內 RTK測量即獲得固定解，手簿顯示的收斂值一般在 2 cm以內。此時的收斂值真實地反映了天線中心測量的內符合精度。

（2）重復測量判定觀測質量。少數測區存在一些干擾源，造成 RTK測量質量不正常。導致觀測成果出現較大誤差甚至有偽值現象。在這種情況觀測時不易發現，可從手簿上反映出收斂很慢，求得固定解其收斂值較大。且出現固定解和單點定位解來回變化，電臺信號閃爍不穩定，這些情況雖造成手簿上顯示的收斂值但成果可能不完全真實值。有時測量值可能達到幾十厘米甚至幾米粗差。當出現此種情況時，要慎重對待采集的數據，最好的方法是： ①增加測量觀測數，重置整周模糊度重復采集數據。②利用不同的時間段來測量。③換基準站減少流動站與基準站距離。④用另一臺流動站重復采集數據來判定數據質量以檢核數據質量。

4 結束語

GPS- RTK測量技術的應用提高了測量工作的質量，大大地提高了工作效率，給各應用領域帶來了巨大的效益。但它的個別成果的不可靠同樣會給我們帶來許多不便。要減少錯誤的概率發生，需要我們在工作中養成良好的作業習慣和嚴謹的工作作風，嚴格按操作規范作業，同時要善于發現問題和總結問題，結合實踐及時解決問題，以便使GPS- RTK技術更好地服務于工作實際。