網絡RTK技術在沈陽城市圖根測量中的應用

摘 要：GPS網絡RTK技術的優勢就是克服了普通RTK測量中測站間距的限制，它的有效距離可以達到幾十甚至上百公里，覆蓋面廣闊，但定位精度仍然可以達到厘米級，可靠性強。這也是CPS網絡RTK技術能夠很快發展的原因之一。本文基于筆者多年從事工程測量的相關工作經驗，以筆者參與的沈陽某工程測量為案例，研究探討了GPS 網絡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：TB22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0031-02

1 常規RTK與網絡RTK

常規RTK（GPS載波相位實時差分技術）定位技術是差分GPS技術的一種應用。隨著OTF技術的日益成熟，整周模糊度能夠在很短的時間內被精確確定，從而保證了RTK能夠在動態環境下，獲得cm級甚至mm級的水平定位精度和cm級的高程定位精度。這使得人們對GPS的應用不僅局限于平面定位方面，而且深入到高程領域。然而隨著流動站和基準站間間距的增加，這種誤差相關性將變得越來越差。軌道偏差項，電離層延遲的殘余誤差項和對流層延遲的殘余誤差項都將迅速增加，從而導致難以正確確定整周模糊度，無法獲得固定解；定位精度迅速下降，當流動站和基準站間的距離大于50 km時，常規RTK的單歷元解一般只能達到分米級的精度。在這種情況下為了獲得高精度的定位結果就必須采取一些特殊的方法和措施，于是網絡RTK技術便應運而生了。

GPS網絡RTK技術的基本原理就是：在一個較為廣闊的區域均勻、稀疏的布設若干個（一般至少3個）固定觀測站（稱為基準站），構成一個基準站網，并以這些基準站中的一個或多個為基準，計算和播發改正信息，對該地區內的衛星定位用戶進行實時改正。其原理借鑒了廣域差分GPS（Wide Area DGPS，即WADGPS）和具有多個基準站的局域差分GPS（Local Area DGPS，即LADGPS）的基本原理和方法。廣域差分GPS采用誤差分離技術，將GPS定位中的主要誤差源分別加以“模型化”，把偽距誤差分離為衛星星歷誤差、衛星鐘差和電離層誤差，并產生相應的改正數。用戶利用廣域差分改正數改正GPS偽距誤差，以提高導航定位的精度。局域差分GPS（LADGPS）定位系統則向用戶提供綜合的DGPS改正信息—觀測值改正，而不是提供單個誤差源的改正。與廣域差分GPS和局域差分GPS不同的是，GPS網絡RTK技術通過內插法或線性組合法求得改正數，對載波相位進行改正，而非對偽距或位置進行改正。因為這三種類型的差分定位中，利用載波相位進行的差分定位精度最高。

GPS網絡RTK技術的優勢就是克服了普通RTK測量中測站間距的限制，它的有效距離可以達到幾十甚至上百公里，覆蓋面廣闊，但定位精度仍然可以達到厘米級，可靠性強。這也是CPS網絡RTK技術能夠很快發展的原因之一。

2 GPS網絡RTK系統的構成

2.1 GPS網絡RTK系統的工作過程

首先要在一定的區域（如：一個國家、一個城市或者一個地區）建立永久性的連續運行GPS參考站，通過網絡技術（Internet）把它們連接到控制中心，控制中心接收和處理所有參考站的原始觀測值，整體平差，消除和減弱軌道誤差、電離層和對流層影響以及周跳，建立改正數動態數據庫。用戶在作業過程中，不需要建立基準站，通過無線網絡或移動網絡等方式訪問控制中心，并把自己的初始位置信息發給控制中心。控制中心根據用戶的位置，計算出流動站處的觀測值改正數，并通過控制中心播發給流動站用戶。用戶根據控制中心播發的改正數信息，就可以求得流動站處的精確坐標信息。

根據上述的GPS網絡RTK的工作過程，很明顯，一個完整的GPS網絡RTK系統至少包括了四個部分：基準站網，數據處理中心（或控制中心），數據通信線路以及用戶部分。每個組成部分都有它不可替代的作用，也與其它部分相互聯系，相互依存。

2.2 GPS網絡RTR系統的組成

GPS網絡RTK系統有4個基本的組成部分：基準站網、數據處理中心（控制中心）、數據通信線路和用戶部分。其中最核心的就是數據處理中心或者控制中心，它包括了GPS網絡RTK系統中數據的傳輸、接收、轉換、處理、發送等重要任務。基準站網是由固定的基準站組成的網絡，一般一個完整的GPS網絡RTK系統至少有3個固定的己知基準控制點（標準的是6個）。數據處理中心也稱為控制中心，是整個GPS網絡RTK系統的核心部分，由GPS網絡RTK軟件、計算機、路由器和通訊服務器組成。數據通信線路是整個系統中不可缺少的部分，它擔負著聯系控制中心與基準站和流動站的重大任務。用戶部分也就是流動站部分，由GPS接收機、移動電話和調制解調器等構成。接收機通過無線網絡將自己初始位置發給控制中心，并接收控制中心的差分信號，生成厘米級的位置信息。這也是GPS網絡RTK系統最終要得到的結果。

以上是GPS網絡RTK系統四個基本組成部分的簡單介紹，它們構成了整個系統的框架和靈魂。

3 GPS網絡RTK技術圖根控制測量

3.1 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三角點的點位誤差，在圖上應不超過±l mm，相對于地面點的點位誤差則不超過±0.1 Nmm（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）×0.1 Nmm。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0.5 m，1/1000的等高距為0.5 m或1 m，隨著比例尺的減少，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。

3.2 控制測量實施

下面以沈陽某工程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。

3.2.1 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10 min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5 min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5 min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3 min，5 min，8 min，10 min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3 s和5 s的觀測數據，比較其精度，找出實用的采樣歷元。

3.2.2 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：南方測繪公司生產的S5基準站一套。每套流動站主要包括：南方S82接收機及手簿。

（2）過程。

①啟動基準站，確認基準站工作正常，測試網絡通信是否正常。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，測最直至任務完成。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。

RTK圖根控制測量簡單的作業流程圖：（圖2）。

4 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1 cm以內，X方向最大誤差為0.0120，只有一個超出1 cm；Y方向最大誤差為0.0112，有兩個超過1 cm。總的平面點位中誤差在2 cm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5 cm，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。

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