RTK基站設置解析

郭 昕 支煥玉 武 娟 梁振興

(1.吉林大學地球探測科學與技術(shù)學院，長春 130026；2.華北地質(zhì)勘查局綜合普查大隊，燕郊 065201；3.北京中色測繪院有限公司，北京 100012.)

1 概述

在測量工程領(lǐng)域，RTK技術(shù)已廣泛用于工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面，這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術(shù)參數(shù)。 目前RTK設備已相當普及，給廣大用戶在測量工程領(lǐng)域帶來很大便利。但是一些初學者可能對RTK基站的架設方法感到迷惑。現(xiàn)對各種架設的方法、注意事項、適用范圍、優(yōu)缺點進行分析總結(jié)，希望能對此方面有疑問者提供幫助。

2 GPS-RTK定位原理

選擇一個控制點作為基準站，安置GPS接收機，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；并實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電傳送出去。流動站通過無線電接收基準站發(fā)射的信息，將載波相位觀測值實時進行差分處理，得到基準站和流動站坐標差△X，△Y，△Z；坐標差加上基準站坐標得到流動站每個點WGS84坐標，通過坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個點的平面坐標x，y和高h。此過程稱作RTK定位過程。總結(jié)兩步：一是獲得滿足精度要求的WGS84坐標；二是通過合適的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換獲得最終平面坐標數(shù)據(jù)。此兩點是靈活設置RTK基站的根本。

3 基準站架設分析

3.1 設置方法

根據(jù)基準站架設位置及有無坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)通常有以下四種基準站架設方法：

1.有坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點上設站；

2.無坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點上設站；

3.有坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點上設站；

4.無坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點上設站；

注：有坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)指具有WGS84坐標和地方網(wǎng)格坐標的控制點。

3.2 基準站架設分析

3.2.1 有坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點上設站

這是最基本的基準站設置方法，充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料，在室內(nèi)可先建立工程項目同時完成點校正。將多個已知點的地心坐標與相應的地方網(wǎng)格坐標輸入手簿中，解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后在已知控制點上設置基準站。基準站和流動站均啟動后可以直接采集數(shù)據(jù)。為避免誤操作，通常要找其它已知點進行數(shù)據(jù)檢核。流程見圖1：

注意事項：務必使用已知點的原始坐標啟動基準站。

適用范圍：工作區(qū)內(nèi)使用靜態(tài)GPS測量方式先進行首級控制測量，通過整體網(wǎng)的平差得到一套精度較高的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。基準站位置良好。

優(yōu)點：室內(nèi)完成點校正，提高了外業(yè)工作效率；坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)精度高，可提高采集數(shù)據(jù)的精度。

缺點：受已知控制點條件影響大；設站不靈活。

3.2.2 無坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點上設站

最常見的基準站設置方法，工作區(qū)只有網(wǎng)格坐標。基準站設在已知點上，流動站依次測量各已知點的地心坐標，將各已知點所對應的地方網(wǎng)格坐標輸入手簿中進行點校正，淘汰校正殘差比較大的已知點，解算出兩坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，就可以進行數(shù)據(jù)采集了，為避免誤操作，我們通常還是要找另外已知點進行數(shù)據(jù)檢核。

流程見圖2：

注意事項：為了保證精度，現(xiàn)場采集WGS84坐標要保證足夠的時間和精度，點位校正后殘差不超限。

適用范圍：工作區(qū)內(nèi)只有地方網(wǎng)格坐標。基準站位置良好。

優(yōu)點：適用性強。

缺點：受已知控制點條件精度影響大；需外業(yè)聯(lián)測多個控制點，增加外業(yè)工作量；設站不靈活。

3.2.3 有坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點上設站

方便的基準站設置方法，充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料，在室內(nèi)先建立工程項目同時完成點校正。將多個已知點的地心坐標與相應的地方網(wǎng)格坐標輸入手簿中，解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后在任意位置通過獲得的當前地心坐標啟動并設置基準站。但基準站和流動站均啟動后采集數(shù)據(jù)不是我們需要的（通常在網(wǎng)格坐標x、y上會有幾米到幾十米的差值）。因為到目前為止我們還沒有和已知點在現(xiàn)場建立任何關(guān)系，啟動基準站時獲得的地心坐標和事先進行的點校正地心坐標不是同一坐標系統(tǒng)。即基準站的參考坐標和點校正地心坐標的坐標原點位置不同了。也就是說兩個坐標系有所平移，如能計算出此平移增量，問題就解決了。好在一些儀器內(nèi)增加了這一坐標置換功能（重設當?shù)刈鴺耍唧w作業(yè)時只要測得一個已知控制點的坐標并把正確的坐標值輸入進行坐標置換設置即可。為了避免誤操作，我們通常還是要找另外已知點進行數(shù)據(jù)檢核。

流程見圖3：

注意事項：務必進行坐標置換設置。適用范圍：工作區(qū)內(nèi)使用靜態(tài)GPS測量方式先進行首級控制測量，通過整體網(wǎng)的平差可得到一套精度較高的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，儀器支持坐標置換功能。

優(yōu)點：可室內(nèi)完成點校正，大大提高了外業(yè)工作效率；坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)精度高，可提高數(shù)據(jù)采集精度。基站設置靈活。

缺點：不是所有儀器都支持此功能。

3.2.4 無坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點上設站

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實用的基準站設置方法，通常工作區(qū)只有網(wǎng)格坐標。此時可先建立工程項目同時輸入已知點的網(wǎng)格坐標，然后在任意位置通過獲得的當前地心坐標啟動并設置基準站，流動站依次測量各已知點的地心坐標，將各已知點所對應的當?shù)刈鴺讼档钠矫孀鴺撕透叱梯斎胧植局羞M行點校正，淘汰校正殘差比較大的已知點，從而計算出兩坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，接下來就可以進行數(shù)據(jù)采集了。

流程見圖4：

注意事項：為了保證精度，現(xiàn)場采集WGS84坐標是要保證足夠的時間和精度，點位校正后要保證殘差不超限。

適用范圍：工作區(qū)內(nèi)只有網(wǎng)格坐標，需儀器支持未知點設站。

優(yōu)點：設站靈活。

缺點：受已知控制點條件精度影響過大；需外業(yè)聯(lián)測多個控制點，增加外業(yè)工作量。

結(jié)語（表1）

上面分析了GPS-RTK基準站架設的四種方法，當然在設置過程中還有一些提高工作效率的技巧，如同時測量已知點未知點后求取坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)、直接輸入七參數(shù)和基站點地心坐標進行坐標測量等方式。靈活使用以上設站方式可使我們在工作中達到事半功倍的效果。

[1]劉大杰，施一民等.全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理[M].同濟大學出版社，1996.

[2]徐紹銓，張華海，楊志強.GPS測量原理及應用 [M].武漢測繪科技大學出版社，1997.