BDS—RTK在地形測量中的應用

黎煒

隨著我國經濟建設的不斷發展，人們對測繪產品提供的圖文資料、文字資料無論從精度或信息量的要求越來越高；另一方面，與測繪相關的儀器設備，應用軟件，也在不斷地更新，科技含量較高的儀器設備被越來越多地應用到了測繪領域。現如今，我國北斗衛星導航系統（BeiDou Navigation Satellite Sys

tem，BDS）的發展越來越成熟，它的建立給導航系統和定位技術帶來了巨大的變化，很在程度上解決了地球上人類導航和定位問題，為工程測量提供了很好的方法。該系統中的RTK技術可以很好地應用在地形測量中，但具體的方法和程序還不成熟，仍在不斷的完善，需要我們進行深入的探索，分析出具體的方法步驟。

一、BDS的組成

（一）BDS組成部分。BDS由三大部分組成 ，分別為空間部分——北斗衛星星座；地面控制部分——地面監控系統；用戶設備部分——BDS信號接收機。可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具短報文通信能力，已經初步具備區域導航、定位和授時能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。

（二）BDS定位原理。BDS由空間段計劃由35顆衛星組成，包括5顆靜止軌道衛星、27顆中地球軌道衛星、3顆傾斜同步軌道衛星。5顆靜止軌道衛星定點位置為東經58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球軌道衛星運行在3個軌道面上，軌道面之間為相隔120°均勻分布。2012年BDS亞太區域導航正式開通時，已為正式系統在西昌衛星發射中心發射了16顆衛星，其中14顆組網并提供服務，分別為5顆靜止軌道衛星、5顆傾斜地球同步軌道衛星（均在傾角55°的軌道面上），4顆中地球軌道衛星（均在傾角55°的軌道面上）。

BDS衛星定位系統定位的基本原理是延時測距，通過測量四個已知位置上信號傳播的延時時間，確定四個已知位置至用戶的距離，根據這四個測量解算出用戶的三維位置和用戶與已知位置的時間同步偏差。BDS定位方式大體有兩類：BDS定位和差分BDS定位。目前，實時動態測量系統，已在約20KM的范圍內，得到了成功的應用。相信，隨著數據傳輸設備性能和可靠性的不斷完善和提高，數據處理軟件功能的增強，它的應用范圍將不會不斷地擴大。

二、RTK的概述及其原理

（一）概述。RTK（Real Time Kinematic）稱實時動態載波相位養分。其設備是在兩臺靜態型測量儀器間加上一套無線電數據通訊系統（也稱數據鏈），將相對獨立的BDS信號接收系統連成一個有機整體。RTK技術的關鍵在于數據處理技術和數據傳輸技術，RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數據及已知數據傳輸給流動站接收機，數據量較大，一般都要求9600的波特率，這在無線電上不難實現。

（二）原理。基準站把接收的所有衛星信號和基準站的一些信息都通過系統傳送到流動站，流動站本身在接收衛星數據的同時，也接收基準站傳送的衛星數據。在流動站完成初始化后，把接收到的其站信息傳到控制器內，并將基準站的載波觀測信號與本身接收到的載波觀測信號進行差分處理。因此，要求

BDS接收機要具備很強的運算能力。

（三）RTK系統的組成。BDS-RTK系統由一個基準站，若干個流動站及通訊系統三部分組成。基準站包括BDS接收機、BDS天線、無線電通訊發射設備使用的電源及基準站控制器等部分。

三、RTK系統工作流程

RTK定位時，基準站將觀測值及其已知坐標通過數據鏈發送給流動站，流動站一僅采集BDS觀測數據還要接受通過數據鏈電臺送來的基準站數據，并在流動站上形成差分觀測之后實時求出流動站坐標，其精度可達到厘米級。在BDS-RTK測量中，要求有三點：一是能接收5顆以上的BDS衛星；二是遷站過程中不能關機、不能失鎖；三是必須能同時接收到BDS衛星的信號和基準站播發的差分信號。

四、RTK系統在地形測量中的具體應用

（一）地形介紹。為了很好地掌握實時動態技術RTK在山區大比例尺地形圖測圖中的應用，需要選擇武漢黃陂的甘露山為測量地點，進行1：500的地形測量。

（二）測量前的準備。BDS-RTK內存數據容量認真了解各BDS點所處的環境運用BDS軟件預測點的最佳觀測時間檢查BDS-RTK的各項設置靜態或動態高度截止角數據采樣率天線類型天線量測方式。

（三）準備相關資料。進入測區之前要收集測區控制點資

料，包括控制點的坐標、等次、中央子線、坐標系統、是常用控制網還是BDS控制網、控制點的點之記、控制點的地形和周圍環境是否可作為RTK基準參考站。

（四）使用進行RTK基準站的設定。基準站選擇和安置應滿足下列條件：（1）基準站應有正確的已知坐標；（2）基準站應選在點位穩固、方便架設儀器的地方；（3）基準站應選在地勢較高，較為開闊周圍無高度超過10米的障礙物；（4）為了防止數據丟失，以及出現多路徑應的影響，基準站周圍應無BDS信號反射物、高壓線、電視塔、無線電發射臺、微波站等干擾源。

（五）進行數據采集和處理。（1）首先是對測量工具的準備。在基準站對中整平安置好BDS接收機，連接發射臺、電臺天線和電線，量取BDS天線高。（2）其次是對基準站測量。這一步非常重要，也是測量能否成功的關鍵一步。到達測區后分別把

BDS架設在三個已知點，為一個預設點，并使用4臺BDS接收機采用星型布網方法，快捷靜態模式，測量時長30分鐘，現場數據處理來求解轉換參數并驗證已知點的精度。（3）RTK測量。在已知點上設置BDS接收機一臺，并對一些具體的數據進行提前準備。一臺至多臺BDS接收機在若干待定點上設置。基準站與移動站同時接收衛星信號，基準站將接收到的衛星信號通過自備電臺發送給移動站，移動站將接收到的衛星信號及基準站發送來的信號傳輸到控制記錄本進行實時差分及平差處理，實時得出本站的坐標和高程及其實測精度，并隨時將實測精度與預設精度進行比較，一旦實測精度達到預設精度指標，記錄本將提示測量人員進行記錄，實測記錄后，記錄本將測得的坐標、高程和精度同時記錄，并終止本站的測量。同時每組應有一人負責根據地形圖，并且注記每個點的屬性。（4）BDS數據處理。基線向量解算時可根據不同情況設置好是解算部分基線還是解算全部基線軟件自動解算；基線向量解算后可初步檢查一下評判各基線的置信參數檢查同步異步環等閉合差檢查不同時段同一條邊的較差查出超限原因剔除有粗差的基線。（5）平差計算。BDS定位使用的坐標屬于WGS84大地坐標系，而實用的測量坐標是屬于國家坐標系。因此，必須解決兩者坐標的轉換問題。BDS基線向量網的平差分為二種類型，一是無約束平差，二是聯合平差。目前，對于絕大多數的地區聯合平差是解決BDS坐標系統轉換的絕對手段，甚至是目前唯一行之有效的手段。因此，BDS網一般要聯測4-6個已知點。BDS坐標系統的內精度分析根據無約束平差成果，主要考察基線向量觀測值改正各點坐標中誤差點位中誤差BDS基線向量邊的方位和邊長相對精度若發現有明顯粗差則要在聯合平差前去掉。聯合平差或約束平差成果的精度分析主要考察各類觀測值的改正的分布是否明顯粗差平差坐標點，誤差轉換參數單位權中誤差是否通過統計檢驗邊長相對精度是否滿足設計的精度要求。

五、總結與展望

地形測量是工程測量中的一項重要組成部分，是工程測量的基礎和先導，目前的基于BDS測量技術為地形測量提供了一種很好的方法，改變著當前工程測量的技術手段，為下步的工程測量提供著很好的引導，是從事工程測量人員必學的技能之一。本文對詳細介紹了BDS-RTK的相關知識，并對如何使用BDS進行地形測量進行了分析，提出了基本的使用流程和方法，為工程測量人員提供了指導。但應用BDS進行地形測量作為一種新的測量方法，在具體的使用過程中，還有很多地方需要我們進行研究，需要我們進行更加深入的研究各探索。