GPS-RTK在道路控制測量中的精度討論

王佳卿，史曉忠 ，儲友兵

（上海同濟大學測繪與地理信息學院，上海 200092；2.無錫市政設計研究院有限公司，江蘇無錫 214072）

1 GPS系統及GPS-RTK技術

1.1 GPS系統

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，是由美國建立的一個衛星導航定位系統。該系統由空間部分（衛星），控制部分（主控站，監控站，注入站）及用戶部分（GPS接收機）組成。20世紀90年代以后,其已被廣泛應用于測繪領域并開發出GPS載波相位差分技術（簡稱RTK定位技術，Rcal Time Kinematic）。

1.2 GPS-RTK技術

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差分GPS測量技術。是一種將GPS與數據傳輸技術相結合，實時解算進行數據處理，在1～2 s的時間內得到高精度相對位置信息的技術。

RTK技術的基本原理是由取點位精度較高的首級控制點作為基準點架設一臺接收機作為參考站對衛星進行連續觀測，流動站上的接收機在接收衛星信號的同時，通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數據，隨機計算機根據相對定位的原理利用轉換參數實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度[3]。

RTK技術具有高工作效率、高定位精度、全天候作業，強數據處理能力等優點[4]。

2 GPS-RTK技術在道路工程中的應用

由于RTK技術具有高工作效率、高定位精度、全天候作業，強數據處理能力等優點。故，現在RTK技術已大量運用于工程測量中，包括道路工程測量。

道路工程測量包括平面、高程控制測量，地形測量，道路中樁及縱橫斷面測量。整個道路工程中除高程控制測量外，RTK技術可運用于其他各項測量任務中。保證平面控制測量高精度的方法為：運用GPS布設控制網，進行靜態測量。但在許多低等級的道路，或市政道路工程中，布設靜態GPS控制網或者布設三角網及導線網，往往會消耗大量的人力物力，得不償失；這就需要一種既方便快捷又能達到施工精度要求的方法——利用RTK技術布設平面控制網便走入了人們的視線。

3 RTK技術在道路控制測量中的精度分析

RTK技術的特性決定了其布設平面控制網的方便、快捷性；但是，利用RTK技術所布設的平面控制網其精度能否達到施工要求，為哪一等級控制網，適用于何種等級道路工程這個問題并沒有解決，本文主要探討的便是這兩點。

3.1 影響GPS-RTK精度的要素

RTK技術的精度主要涉及四個方面：（1）GPS接收機的固定精度。（2）WGS84與地方坐標系統之間的轉換參數。（3）GPS使用時外部觀測條件。（4）基準點精度[2]。

（1）GPS接收機的固定精度。無錫市政設計研究院測量隊使用的是LEICA公司生產的SR530及ATX1230兩種型號的GPS接收機，其精度等級為±10 mm±1 ppm×D動態，測距精度為1×0.000 001，精度已達到布設A級GPS控制網精度要求。

（2）WGS84坐標系統與地方坐標系統之間的轉換參數。測量隊利用均勻布設于無錫市的B級GPS控制點32個，通過LEICA Geo Office Combined建立起無錫城市坐標系統與WGS84坐標系統之間的轉換參數。其轉換參數精度見圖1所示。

圖1 基準/投影殘差柱狀圖

（3）GPS的外部使用條件。GPS接收機受外界干擾比較大，遇到對空條件，電離層較厚、衛星條件較差、鏡面反射源較多較強及附近有高壓電線或強磁場時GPS接收機會產生周跳或失鎖。在這種情況下可能會產生錯誤的測量數據。對此，利用手機通訊傳輸數據信號（移動站與基準站間數據），傳輸能力強，受干擾小。

（4）RTK基準點的精度。測量隊使用的為無錫測繪院建立的無錫本地CORS系統（單基準站），采用的基站點為無錫市測繪院樓頂的E級GPS控制點。

3.2 GPS-RTK精度的實際檢驗及應用

測量隊接到無錫市濱湖區太湖大道改造工程的控制測量任務，利用這個任務測量隊對RTK的精度進行了實際的檢驗。

3.2.1 E級GPS網的測設

（1）適當范圍內選取GPS控制點，布設GPS控制網制定內外業測量計劃書。所布設的GPS網型見圖2所示。

圖2 太湖大道改建GPS網示意圖

（2）GPS觀測時執行技術指標[1]：

a.同步觀測健康衛星數≥5；

b.幾何圖形強度因子≤6；

c.衛星截止高度角≥15°；

d.觀測時段長度≥15 min；

e.平均重復設站次數≥2；

f.歷元采樣間隔5 s；

g.天線對中精度：≤±2 mm；

h.天線高在觀測前、后各量測一次，取均值作為天線高。

（3）GPS控制網內業解算及其精度：

在該項GPS控制測量中，采用了LEICA測量儀器公司提供GPS后處理軟件LGO6.0進行基線的解算。基線解算成果如表1所列。

表1 太湖大道改造工程項目中的GPS部分基線解算表

基線質量分析見表2所列。

表2 基線質量分析表

由以上所述可知，該項太湖大道GPS控制點解算成果達到E級GPS控制點精度要求。

3.2.2 RTK測量及數據對比

3.2.2.1 RTK測量控制點

測量隊在利用RTK測量時期3D精度始終保持在0.01—0.03之間，測量時期天氣狀況為晴好，GPS接收機接收到的衛星大于6顆，且所測控制點均為埋設在對空條件良好，無反射源及反射源較少的開闊地，每一控制點均在不同時間段反復測量三遍取平均值。

3.2.2.2 數據對比及精度分析

設靜態成果為真值，與RTK成果進行相減分析RTK數據與靜態成果的差值大小。

GPS控制點靜態成果與RTK成果對比見表3所列。

由表3可知：RTK測量成果與GPS靜態成果最大相差為東坐標±5 cm，北坐標±5 cm。即，在條件較好的情況下，利用RTK測量，其誤差可以固定在一個較小的范圍內，也就是說RTK擁有較小而穩定的誤差。

綜合多次工作經驗及該項實驗證明：在測量誤差穩定的情況下，只要保持相鄰控制點在一定的距離內，則其精度便可達到市政道路的要求。在太湖大道改造工程中測量隊按E級GPS網布設控制點，其最弱邊距離中誤差≤1/100000， 測量隊利用RTK技術所得成果于GPS靜態成果對比，其測距中誤差最大為1/70000，基線長為500 m。而二級導線中要求測距中誤差為≤1/14000，以該項太湖大道靜態所測數據為真值在以上精度下，只要距離達到180 m以上便能達到二級導線要求。

表3 太湖大道控制點成果對比表

4 總結

GPS-RTK技術作為一種方便快捷的測繪手段，已廣泛應用于道路工程測量中。通過在無錫市太湖大道改造工程GPS控制網靜態數據與RTK數據對比，只要保證接收機精度，轉換參數，外部觀測條件及基準點精度，在適中的距離下控制點的精度便可以得到保證，其可運用于各市政道路工程及精度要求相對較低的工程測量的控制測量。

[1]CJJ 8-99，城市測量規范[S].

[2]GB 50026-2007，工程測量規范[S].

[3]周忠漠.地面網與衛星網之間的轉換數學模型[M].北京：測繪出版社，1984.

[4]李德仁，關澤群.空間信息系統的集成與實現[M].武漢：武漢測繪科技大學出版社，2000.