GPS RTK用于某船閘控制測量及精度分析研究

摘 要:本文基于筆者多年從事控制測量的相關工作經驗，以江蘇某船閘圖根控制測量為研究背景，分析了其與靜態GPS及常規測量方法之間的差異，研究探討了GPS RTK用于圖根控制測量及精度分析的方法，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞:GPS RTK圖根控制測量精度分析靜態GPS

中圖分類號:P2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0084-02

1 引言

GPS RTK(Real Time Kinematic)技術是指載波相位實時動態差分GPS定位技術，它是GPS發展的新形式，是GPS應用的重大里程碑，它的出現為各種控制測量、地形測圖和工程放樣等帶來了新曙光，極大地提高了測量工作的外業作業效率。

為了擴大GPS RTK技術在測量工作中的應用范圍，滿足高精度的測量要求以及建立大面積的測量控制網的需要，擬通過具體的工程案例探尋出實用的測量方法來代替傳統的常規測量方法，使測量工作更簡便快捷。對GPS RTK技術進行了簡介，對其誤差來源和應用現狀等進行了闡述和分析，就GPS RTK技術進行圖根控制測量的可行性進行了相應的測量及質量精度評估等，獲得了一些有益的結論和建議。

2 GPS RTK技術簡介

GPS RTK技術是以載波相位測量與數據傳輸技術相結合的以載波相位測量為依據的實時動態差分GPS測量技術。

GPS RTK測量系統主要有GPS接收設備(可分為基準站和流動站設備)、無線電數據傳輸系統(簡稱數據鏈)及支持實時動態差分的軟件系統(含設置和顯示用的電子手簿等)3個部分組成。

具體測量過程為:在合適的參考點上設置好基準站，基準站連續接收到GPS衛星信號，并將基準站坐標及觀測數據通過電臺實時地發送給已設置好的流動站用戶，一臺或多臺流動站接收機在接收GPS衛星信號的同時，亦接收基準站傳輸來的數據，由軟件系統根據GPS相對定位的原理進行差分及平差處理，實時解算并顯示出流動站的三維坐標及精度，從而可以進行測量工作。

3 誤差來源

多路徑誤差、信號干擾誤差、天線相位中心的變化、接收機位置誤差等是影響GPS RTK技術觀測質量的重要因素。選擇地形開闊、不具反射面的控制點位，遠離大面積的水面，采用具有削弱多路徑誤差的各種技術天線等是削弱多路徑誤差的影響的良好方法。選擇控制點時遠離無線電發射源、雷達裝置、高壓電線等干擾源，可以減少信號干擾誤差。減少天線相位中心的變化誤差需及時進行天線檢驗校正。細心地進行儀器操作，可以減少接收機的對中位置誤差等。

4 應用現狀

GPS RTK技術目前已經在地形測量、工程放樣等方面得到廣泛地應用，與其他測量方式相比有其獨特的優越性。

4.1 與靜態GPS的比較

現今靜態GPS越來越多地應用于高精度控制網的建立方面，采用相位差分可以達到厘米甚至毫米級精度，然而眾所周知，靜態定位由于數據處理滯后，所以無法實時解算出定位結果，也就無法對觀測數據進行實時檢核，在實際工作中可能需要返工來重測由于粗差造成的不合格觀測成果。解決這一問題的主要方法就是延長觀測時間來保證測量數據的可靠性，這樣一來就降低了靜態GPS測量的工作效率。而動態RTK通過實時處理即能達到厘米級精度，用戶可以實時監測待測點的數據觀測質量和基線解算結果的收斂情況，根據待測點的精度指標，確定觀測時間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。

4.2 與常規測量方法的比較

(1)操作簡便，數據處理能力強。常規的水準儀、經緯儀進行測量時，都要用筆進行現場的記錄，并進行數據的限差計算。RTK測量只要事先設定限差就可以對數據自動的進行取舍和記錄。測量結果可以直接導人計算機，不需人工輸入。(2)作業效率高，使用人員少。(3)與傳統測量比較，作業條件要求減少。(4)作業自動化、集成化程度高、適用范圍廣。(5)定位精度高，數據可靠，沒有誤差積累。

5 GPS RTK技術圖根控制測量

5.1 圖根控制的技術要求

圖根控制點即是直接供測圖使用的控制點，簡稱圖根點。測定圖根點位置的工作，稱為圖根控制測量。中等城市一般以四等網作為首級控制網。在測圖中，要求首級圖根點相對于起算控制點的點位誤差，在圖上應不超過±lmm，相對于地面點的點位誤差則不超過±0.1Nmm(N為測圖比例尺分母)。而圖根點對于國家三角點的相對誤差，又受圖根點誤差和國家三角點誤差的共同影響，為使國家三角點的誤差影響可以忽略不計，應使相鄰國家三角點的點位誤差小于(1/3)×0.1Nmm。據此可得出不同比例尺測圖對相鄰三角點點位的精度要求。

根據《城市測量規范》，圖根控制網中圖根點高程中誤差不得大于測圖基本等高距的1/10，1/500的等高距為0.5m，1/1000的等高距為0.5m或lm，隨著比例尺的減小，等高距可相應的加大。我們此次測量的基準點選的是靜態GPS點，其點位精度是遠高于國家四等控制網的精度的，所以采用上面的技術要求是可以對我們的測量點作控制的。

5.2 控制測量實施

下面以江蘇某船閘圖根控制測量實施為研究背景，分析圖根控制測量的實施步驟。

5.2.1 控制網布設及精度測試

如圖1，以已知點G3為基準站。

(1)分別在已知點G2，G4，G5上進行連續10min的RTK觀測，計算各點的點位精度。(2)將G2，G4，G5連成三角形，形成一三角網，對測量數據進行角度，邊長以及坐標的比較。最后參照圖根控制的技術要求評定成果。(3)在GX、GY、GA、GZ四個未知點上各進行5min的測量，與已知點形成一導線，并與全站儀三聯腳架法測得的成果進行比較，檢驗其精確度，看RTK可否代替導線測量。通過(1)、(2)、(3)判斷RTK可否代替常規測量方法進行圖根控制測量。(4)在信號差的地方選一點CESHI點，進行5min的連續觀測，計算點位精度，評定測量結果，看其精度是否滿足圖根控制要求。(5)將觀測時間分成3min、5min、8min、10min四個時間段，分別計算其點位精度，并比較找出實用的觀測時間。(6)分別采樣，采樣率分別是3s和5s的觀測數據，比較其精度，找出實用的采樣歷元。

5.2.2 測量實施

(1)儀器:此次采用的RTK測量系統由一套基準站和兩套流動站組成。基準站主要包括:Laica1230型雙頻GPS接收機1臺、AX1202雙頻GPS天線、PDL無線電調制解調器、35W(450-470)數傳電臺及C01546全能鞭狀、5分貝增益天線、RX1200數據采集手簿(電子手簿)1臺等。每套流動站主要包括:Laica1230型 雙頻GPS接收機1臺及PDL無線電調制解調器、0W(450-470)和AX1202雙頻GPS天線、C01546全能鞭狀、5分貝增益天線、RX1200數據采集手薄(電子手簿)1臺等。

(2)過程。

①選擇基準站，并在基準站上架設好儀器，接通電源，通過手簿，建立項目，設置好基準及轉換參數等，連接好GPS接收機。輸入基準站坐標、天線高，啟動基準站，確認電臺處于發射狀態。②連接好流動站儀器，用手薄設置好流動站信息。準備就緒后開始測量。③啟動連續測量模式，設置記錄間隔為5S，測量直至任務完成。④重新設置記錄間隔為3S，進行若干點的測量。⑤RTK測量完成后，用全站儀在其中幾點上進行一附合導線的觀測。⑥數據處理。

6 精度分析

表1中mx，my，mh為各方向的點位中誤差，mo為總的平面點位中誤差，△X，△Y， △H為測量值與已知坐標的偏差(下同)。

通過表1，我們可以看出，絕大多數的方向測量中誤差都在1cm以內，X方向最大誤差為0.0120，只有一個超出1cm;Y方向最大誤差為0.0112，有兩個超過1cm。總的平面點位中誤差在2cm以內，最大為0.0164. CESHI點是我們特意選取的測量環境比較差的測試點，其觀測誤差與其他相比大了許多，但根據圖根控制測量的技術要求，其仍然滿足1/50。圖幅圖根控制的精度要求。

G2，G4，G5為已知點，RTK的測量較差中X和Y方向符合的比較好，滿足1/500控制的要求，而高程的測量有一些稍稍的偏出，允許值是5cm，這也是與RTK自身的作業模式有關的。它要求大地高到海拔高的轉換必須精確，但我國的高程異常圖在有些地區存在較大誤差，這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的精度也不均勻，這是所測高程出現大偏差的一個原因。其次我們的測量環境也是出現偏差的一個因素。如果提供一個好的測量條件，加上適當的高程修正，在高程方面應該也可達到要求。

參考文獻

[1]董平，吳成云.GPS RTK技術在大比例尺地形測圖圖根控制測量中的應用與探討[J].科技資訊，2008(2).

[2]楊慶文，姚排，梁作平.RTK技術在地形測量中的應用[J].吉林地質，2005(4).