GPS-RTK在地形測量中的應用與優劣的分析

黃萬村

（南寧市東測科技有限公司，廣西 南寧530023）

實時動態(RTK)測量系統，是GPS測量技術與數據傳輸技術的結合而構成的組合系統。它是GPS定位測量技術的一個新的突破，RTK的基本思路是：在基準站上安置一臺GPS接收機,對所有可見衛星進行連續觀測,并將其觀測數據通過無線電傳輸設備,實時地發送給用戶觀測站,在用戶站上,GPS接收機在接收衛星信號的同時,通過無線接收設備,接收基準臺傳輸的觀測數據,然后根據相對定位原理,實時地計算和顯示用戶站的三維坐標及其精度。

RTK由基準站接收機、數據鏈、流動站接收機三部分組成。它不僅能夠獲取碎部點，也能制作出圖根控制點，這樣不僅減少了勞動難度，也節約了經費開支。下面就其在測量行業中的應用及存在一些優缺點進行簡要的分析。

1 RTK的作業模式

1.1 電臺模式

通過架設UHF無線電臺，把基準站的差分信號數據傳輸到流動站，獲取流動站的三維坐標。操作簡單，初始化速度較快，但在山區、丘陵地帶信號受影響較大，覆蓋范圍小。

1.2 網絡模式

使用GSM、GPRS、CDMA等網絡替代電臺傳輸基準站差分信號，并連同基準站的同步觀測數據，實時地解算流動站的三維坐標。基準站傳送數據的范圍大，但有些區域存在盲區，網絡流量會產生一定的費用。

1.3 CORS模式

CORS連續運行參考站系統，工作原理與常規RTK模式有所不同。它的固定參考站不向流動站發射改正信息，而是將原始數據發送給控制中心，控制中心根據流動站的位置自動選擇一組固定基準站，整體改正后將高精度的差分數據發給流動站。CORS模式的作業距離不受限制，無需架設基準站，不需點校正，由于缺乏氣象實時數據，利用標準大氣對流層模型，對改正數的精度會有所影響。

2 GPS-RTK在地形測量中的主要優點

2.1 實時顯示儀器(天線)當前的位置

只要儀器各種數據設定正確，并正常運行時，就可以實時顯示儀器所處的地理位置，工作人員可按照所顯示的地理位置判斷出要設置的物理點所在的方向、距離等具體事項，從而便于指導作業，大大提高了野外測量工作的效率。

2.2 定位精度高

只要位于儀器15km的工作范圍內測量，精確可以到厘米級（儀器標稱精度一般為10mm+2ppm,根據這樣計算,在距參考站15km處相對于參考站的精度為40mm)，這樣的精確度可以直接采集碎部點。

2.3 操作方便，容易使用

隨著GPS接收機不斷改進,自動化程度越來越高,有的已達“傻瓜化”的程度；接收機的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測量工作的工作緊張程度和勞動強度，數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力，能方便快捷地與計算機、其他測量儀器通信。使野外工作變得輕松愉快。

2.4 事先輸入測量點坐標,采用導航方式引導放樣

根據測線設計方案，將需要放樣的物理點導入到GPS動態測量流動站儀器當中,然后通過儀器的導航方法引導，便于迅速找到放樣地點,根據儀器的顯示數據得知放樣地點的具體方向、距離、時間等有效信息,甚至還能知道當前的前進方位和速度。這種方式能夠提高實地放樣的效率，杜絕出現有些點的漏測現象，確保了測線的全面性。

2.5 作業效率高

在較為平坦的地勢情況下，高質量的RTK設站一次就可以一次測量完4km半徑的測區，極大減少了常規測量所需的控制點數量和測量儀器搬站的次數，僅需要一人操作，在電磁波環境下幾秒鐘就可以測量出一點坐標，比如對于地形測量來說，每小組每天正常工作的情況下，一天可以0.8－1.5km的地形圖測繪，其精度和效率與常規測量是無法比較的，運作速度快，勞動強度低，節約了野外費用，提高了工作效率。

2.6 降低了作業條件要求

RTK技術不需要滿足兩點間光學通視，只要滿足“電磁波通視”即可，與常規測量相比，RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制較小。常規測量系統常常受到地形復雜、障礙物較多的影響，只要滿足RTK的基本工作條件，它就能進行快速、高精度的定位作業。

2.7 可全天候作業

目前GPS觀測可在一天24小時內的任何時間進行，不受一般天氣狀況的影響，因此，衛星導航定位技術的發展是對經典測量技術的一次重大突破。一方面，它使經典的測量理論與方法產生了深刻的變革；另一方面，也進一步加強了測繪學科和其他學科之間的相互滲透，從而促進了測繪科學技術的現代化發展。

3 GPS-RTK在地形測量中的缺點

3.1 由于反射物的影響,產生多路徑效應

若測量區域周圍出現大面積的水域時，GPS衛星信號就會通過水面進行反射，GPS接收天線將接收到的信號傳入接收機，從而影響GPS測量的精確度,測量結果出現了一些誤差。在靜態測量過程中,這種誤差是可以采取某些方法進行彌補，然而在動態測量過程中，消除這些誤差是十分困難的。

3.2 強大電磁場的影響

由于電視臺、電臺和高壓線都會產生強大的電磁場，這對GPS信號產生了嚴重的干擾,從而降低了GPS測量精度，這是影響GPS測量最大的影響因素,無論是靜態測量還是動態測量,要彌補這一干擾造成的誤差十分困難。在靜態測量中,選點可以避免電磁場的影響，然而在動態測量過程中，因為放樣點具有客觀性，不能避開電磁場。若發現了這種放樣點產生了異常情況，需要立刻采取常規測量方法。

3.3 障礙物遮擋無法測量

由于GPS實時動態測量同時接收兩個地方的無線電信號，一個來源于衛星，另一個來源于參考站。衛星接收信號時需要天空廣闊，這就要求測點對天通視較好。參考站接收信號時要求測點與參考站之間的發射天線沒有被大型障礙物所阻礙。這樣的情況下，GPS實時動態測量作業在樹林、農村、城市、山間的測量變得十分困難。

3.4 天空環境影響

在白天中午進行GPS測量，信號往往會受到電離層的干擾，衛星接收能力較差，所以初始化時間長或完全不能進行初始化，我們做過試驗，在同樣的條件和同樣的地點上進行RTK測量，上午12點前和下午3點后，RTK測量信號穩定，精度較高。而中午時段，信號較差，不穩定，因此RTK測量也受到作業時間段的制約。

3.5 初始化能力和所需時間

當GPS-RTK位于山區、林區、城鎮比較密集的地帶開展工作，其衛星信號極易被阻擋，導致儀器失鎖、初始化失敗，使用RTK常常需要重新初始化，這樣必然會影響到測量的精確度和工作速度。如何避免這種情況只有采用初始化能力強、初始化時間段的RTK儀器，若不符合RTK測量的基本需求的情況下，還是應該采取其他測量方法。

3.6 電量不足問題

RTK儀器測量耗電量較大，需要配置了多個大容量電池、電瓶，只有這樣才能連續測量，這無疑是限制了那些電力供應不足的偏遠地區測量工作的開展。

3.7 精度和穩定性問題

RTK儀器的精確度和穩定性比不上全站儀，尤其是穩定性方面，這是因為RTK受到衛星信號、天氣情況、數據傳輸狀況的制約。另外不同質量的RTK系統的精確度和穩定性也存在很大的區別。如何避免這種問題的出現，首先需要挑選精確度高、穩定性好、質量高的機型，然后在設置控制點時多設置一些“多余”的控制點，作為RTK測量最終數據的檢核點。

4 RTK的優化方法

4.1 把握儀器特性

在經過了不同環境下反復的實驗，掌握了儀器的各種特征，比如是否能夠達到要求的精確度，在不同環境下測量誤差和測量的半徑。另外也要掌握了儀器的穩定性和不同環境下的初始化能力以及所花費的時間等等，有利于在測量過程中得心應手，提高工作的效率。

4.2 設置控制點

將控制點設置在制高點上，并建立基準站，有助于更好地接收衛星信號，控制點的間隔不得超過RTK有效測量半徑的2／3倍。為了便于對RTK測量數據進行控制檢核以及杜絕產生測量盲點，需要在測量區域內設置一些“多余”的控制點。控制點的選取需要注意避免無線電的干擾，符合有關行業規定，采用具有制約多路徑效應的技術，對于無線電和環境不佳的區域進行有關的技術處理。

總之，RTK在地形測量過程中有很多優點，最大程度符合了降低作業難度、增強工作效率，減少設計時間的需求，另外RTK在地形測量中也存在一定的缺點，要通過把握儀器特性和設置控制點的處理措施來克服測量過程中的不足，更好地發揮自身優勢。

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［2］邢子豐,邢苒苒.GPS-RTK在地形測量中的應用[J].內蒙古水利,2012,4.

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