隨州城市工程測量中RTK技術應用研究

楊佰義+周小溪

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GPS網絡RTK技術能夠很快發展的原因之一。該文基于筆者多年從事控制測量的相關工作經驗，以筆者參與的隨州某工程測量為案例，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：1674-098X（2014）10（b）-0027-02

1 常規RTK與網絡RTK

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?；鶞收揪W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±0.1Nmm（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0.5 m，1/1000的等高距為0.5 m或l 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

下面以隨州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?；鶞收局饕ǎ耗戏綔y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5 s，測最直至任務完成；④重新設置記錄間隔為3 s，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。

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l 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l cm?？偟钠矫纥c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。

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）：13-14.

[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）：121-124.

[3] 李純斌，王紅軍，張正文.RTK技術在臨夏市圖根控制測量中的應用[J].礦山測量，2009（5）：4，34-36.

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?；鶞收局饕ǎ耗戏綔y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5 s，測最直至任務完成；④重新設置記錄間隔為3 s，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。

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l 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l 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。

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）：13-14.

[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）：121-124.

[3] 李純斌，王紅軍，張正文.RTK技術在臨夏市圖根控制測量中的應用[J].礦山測量，2009（5）：4，34-36.

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5 s，測最直至任務完成；④重新設置記錄間隔為3 s，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。

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l 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l 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。

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）：13-14.

[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）：121-124.

[3] 李純斌，王紅軍，張正文.RTK技術在臨夏市圖根控制測量中的應用[J].礦山測量，2009（5）：4，34-36.