芻議GPS RTK技術的測量精度及應用

孫全付

（云南地質工程第二勘察院，云南 昆明 650218）

1 GPSRTK實時動態技術的介紹

實時動態技術簡稱RTK，又稱載波相位差分技術，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。先求解起始相位整周模糊度，又稱RTK初始化，然后進行實時差分，它要求基準站GPS接收機實時地把觀測精度及已知點數據實時地傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測4顆以上衛星后，可實時求解出厘米級的流動站動態位置。

1.1 RTK測量的原理

RTK技術采用相位差分GPS，是由基準站發送改正數，由流動站接收并對其測量結果進行改正，以獲得精確的定位結果。RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準站上，另一臺或幾臺接收機置于流動站上，基準站和流動站同時接收同一時間相同GPS衛星發射的信號，基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個改正值及時地通過無線電數據鏈電臺傳遞給流動站以精化其GPS觀測值，得到經差分改正后流動站較準確的實時位置。流動站可處于靜止狀態，也可處于運動狀態。

1.2 RTK系統的組成。①RTK信號接收系統；②數據實時傳輸系統；③數據實時處理系統。

1.3 作業方法

①“無投影／無轉換”法。直接用接收機在基準站和流動站接收WGS-84坐標，其后利用觀測的已知點的WGS-84坐標和相應的地方坐標根據一定的數學模型進行轉換。這種方法基準站不一定要安置在已知點上，可在地勢比較高的如房頂、土包、開拓地等設置一臺GPSRTK接收機作為基準站，但根據不同的轉換方法，需要觀測一定數量的已知點。

②“鍵入參數”法。把用靜態觀測求得的WGS-84坐標和地方坐標鍵入到手簿中，進行轉換，也可以置入靜態觀測平差時求取的轉換參數。該方法基準站須架設在已知點上，但可以不觀測其他已知點(為了檢核，建議在方便時還足觀測一定量的已知點)。設置一臺GPS接收機作為基準站，并將一些必要的數據如基準站的坐標、高程、坐標轉換參數等輸入GPS控制手簿，一臺或幾臺GPS接收機設置為流動站。基準站和流動站同時接收衛星信號，基準站將接收到的衛星信號通過基準站電臺發送到流動站，流動站將接收到的衛星信號與基準站發來的信號傳輸到控制手簿進行實時差分及平差處理，實時得到本站的坐標和高程及其精度指標等，并隨時將實測精度和預設精度指標進行比較，一旦實測精度達到預設精度指標的要求，手簿將提示測量人員是否接受該成果，接受后手簿將測得的坐標、高程及精度數據同時存儲到手簿中。

2 RTK測量特點

①保留了所有經典GPS功能，如靜態測量、快速靜態測量等，觀測數據亦可采用后處理的方式。②經典GPS測量不具備實時性，測繪放樣工作還得配備全站儀。RTK則可直接放樣測量，精度可達厘米級。③RTK可進行快速動態定位，在測量中遇到障礙物造成失鎖，也可重新捕獲到衛星后幾分鐘內完成初始化，并重新測量。④在接收到GPS信號的任何地點、任何時間均可進行RTK測量。⑤進行RTK測量時，可采用1+l或l+N的方式進行作業，各移動站之間可獨立作業，大大提高工作效率。⑥RTK的優點是在控制測量時既能實時知道定位結果，又能實時知道定位精度，比常規儀器省時、精度均勻，大大提高了工作效率。

3 應用實例

使用某公司升級后的GPS動態接收機 (標示精度10mm+5ppm)，選擇3個以上具有水準離程且均勻分布在RTK測量范圍的四等GPS點作為公共點，求取七參數進行WGS-84坐標系到地方坐標系的轉換，利用其他幾個已知點作為檢核。

3.1 GPSRTK代替測繪靜態加密一級導線的實例。①實例區概況。實例區位于某省北部，測繪 1：1000數字化地形圖測量面積約21.57km2，主要為居民地、平地，最大高差約20m，平均海撥為3.0m，實例區附近已利用GPS靜態測繪的四等GPS點，高程已經四等水準聯測，坐標系統采用該省平面坐標系，高程采用1985國家高程基準。②一級導線觀測情況。RTK分修正法和差分法修正法是基準站將載波相位修正量發送給流動站，以改正其載波相位，然后求解坐標；差分法是將基準站采集的載波相位發送給流動站進行求差解算坐標。前者為準RTK技術，后者為真正的RTK技術。在四等GPS點下布設一級導線網，用南方測繪靜態GPS測定，高程網以測區附近的四等水準點為基準、附合水準測量方法測量，共布設56個E級GPS點。③GPSRTK施測結果與南方測繪靜態GPS測定結果比較。本區用RTK共檢測一級導線點 31點，用控制點(IV04，E001，E008，E028)建模，在計算完轉換參數后再用點E003，E015來進行檢查，平面坐標差值不超過±1.0cm，高程值不超過±2.0cm，其精度完全達到RTK采點的要求，RTK可以代替地形控制測量的一、二級導線測量及圖根控制測量。

3.2 GPSRTK采集界址點實例

同一區域，在二級導線以上控制點上，應用GPSRTK技術對一些能接收衛星信號的界址點進行了檢測 (流動站距基準站最大距離為2.59km，最近距離210m，平均距離為1.54km)。全區共檢測界址點2l點，與用全站儀極坐標法觀測的坐標值相比較，最大差值為dx=－1.5cm，dy=1.3cm。RTK技術采集的界址點精度符合《工程測量規范》中有關定線放樣的技術要求。

4 精度分析

由比較結果可知：RTK測設的一級GPS點平面成果和靜態GPS測設的精度比較接近；在高程方面，RTK測設的高程和四等水準高程精度也比較接近；靜態GPS水準擬合的高程能滿足地形測圖的精度要求；RTK測設的平面成果和高程完全可以滿足圖根控制測量的精度。

5 影響精度的因素及應對措施

在實際作業中，我們發現影響RTK精度的主要因素有：①基準站坐標精度。由RTK的工作原理可知，如果基準站的坐標精度較低，流動站得到的3維坐標就都帶有系統偏差。因此基準站坐標具有較高的精度非常重要。②坐標轉換參數精度。求解坐標轉換參數至少需要3個已知公共點，其精度不僅與測區內選擇的公共點的位置和數量有關，還與選用的已知公共點的坐標精度有密切關系。③作業環境。參考站的選擇要合適。參考站要遠離大功率無線電發射臺、變電站、飛機場、高壓線等無線電干擾源，遠離大面積水域，防止GPS信號的多路徑效應影響。④人為因素。測量人員作業的熟練程度很重要。在作業時，如果屏幕顯示不是固定解就記錄數據，會使測設點的精度很低，甚至出現錯誤；如果接收機天線未保持垂直，測設的成果就不可取，人為地降低了測設點坐標精度；如果電瓶電量不足，也會降低流動站測設坐標的精度和可靠性。

結論：①GPSRTK技術因高效率、靈活、誤差不積累及厘米級的高精度越來越受到測繪人員的青睞。RTK高程精度低于平面精度，而地形測量對高程的精度要求較低。因此，應用RTK技術來進行地籍一、二級控制和界址點測量是目前較為理想的方法，在勘測定界中優勢尤為突出。也就是說，RTK測量方法可以替代常規的一、二級導線測量及圖根控制、界址點測量。②與靜態、快速靜態GPS測量相比較，RTK無足夠的幾何檢核條件。在使用RTK布設加密控制點要加強檢核，若代替一、二級點，可以采取在不同的基準站上分別獨立施測或設立雙基站的方式施測，取中數使用，這樣不但避免了粗差，而且使點位精度得到提高。③RTK定位的數據處理主要是基準站和流動站間的單基線處理，而基準站和流動站的觀測數據質量及無線電信號的傳播質量對定位精度的影響極大。因此，要把基準站設立在進行RTK測量區域的較高點上，并提高基準站和流動站天線的架設高度。④RTK測點必須在求取WGS-84坐標到地方坐標系轉換參數的高級控制點的范圍內，同時盡量均勻分布，最高、最低點也盡可能選上。綜上所述，GPSRTK技術可以用于地形測量，其精度滿足相關規范規程的要求，而且省時省力，大大提高了工作效率，節省了費用。

[1]余小龍，胡學奎.GPSRTK技術的優缺點及發展前景.測繪通報，2007年10期.

[2]楊春生，袁中凡，王華，劉美生.基于GPS-RTK技術的汽車運動穩定性檢測系統.