RTK-GPRS模塊技術在地形圖測繪中的應用

□蔣國飛（遵義水利水電勘測設計研究院）

1 概述

隨著信息科學和計算機技術的飛速發展，現代測繪技術無論在理論水平、精準程度，還是在應用范圍方面都發生了質的變化。測繪科學的發展很大部分是從儀器發展開始的，儀器的改變使得測繪方法也發生了重大的變革。

20世紀80年代初，全球定位系統（GPS)問世，采用衛星直接進行空間點的三維定位引起了測繪技術的重大變革。由于衛星定位具有全球、全天候、快速、高精度和無需建立高標等優點，被廣泛用于大地測量、工程測量、地形測量及軍事的導航、定位上，世界上很多國家為了使用全球定位系統的信號，迅速進行了接收機的研制。

RTK 實時動態測量技術是全球定位系統（GPS)技術的又一個升華。RTK 測量技術是以載波相位觀測為根據的實時動態差分定位技術，它不僅具有GPS 測量的優點，同時具有觀測時間短，能實現坐標實時解算的優點，大大提高了生產效率。

文章介紹了RTK-GPRS 模塊在地形圖測繪中應用的精度問題，對測量結果進行了精度分析，提出了RTK 測量的誤差來源和影響RTK 測量精度的因素。

2 RTK-GPRS 模塊在地形圖測繪中的實際應用

2.1 工作原理

RTK 的工作原理是在基準站上安置GPS 接收機，跟蹤觀測GPS 衛星信號，將觀測數據和測站信息，通過數據傳輸設備，將實時數據發送給流動站，流動站GPS 接收機在接收GPS 衛星信號的同時，通過數據接收設備，接收基準站傳輸的數據，把衛星信號數據和基準站數據進行實時處理，經差分改正后，RTK 觀測手簿中實時顯示測量點三維坐標數據。

在實際的測量工作中，我們將基準站架設于測區某高處且滿足基準站架設要求的地方，在測定未知點的時候，測量過程中共同衛星數一般都在5 顆以上，PDOP 值都在6 以下才進行測量記錄，共同衛星數越多，解算模糊度值的速度越快、越可靠；空間分布范圍越大，PDOP 值越小，定位精度越高，誤差越小，因此所測數據精度較高。

2.2 技術要求

2.2.1 RTK 測量衛星的狀態

當截止高度角15 °以上的衛星個數必須≥5 顆，且空間位置精度因子（PDOP）值≤6，觀測窗口狀態可用；截止高度角15 °以上的衛星個數<5 顆，且PDOP>6 時，觀測窗口狀態不可用。

2.2.2 基準站的技術要求

①基準站宜選擇在視野開闊，視場內無障礙物，測區位置相對較高，且測區內有移動通信接收信號的位置；②基準站200m范圍內不應有大功率無線電發射源，如電視臺、電臺、信號發射臺、變壓器、變電站、高壓線等；③基準站附近不應有大型高程建筑物；④應正確設置軟件中對應的儀器、電臺、天線類型，電臺頻率，數據端口，藍牙端口，基準站坐標、單位、尺度因子、投影參數及接收機天線高等參數。

2.2.3 流動站的技術要求

①使用網絡RTK 測量時，流動站應獲得系統服務的授權，并在有效服務區域內進行；②流動站觀測應避免在隱蔽地帶、成片水域和強電磁波干擾源附近進行；③觀測前應設置流動站的坐標轉換參數，以及流動站與基準站的通信，作業前應對儀器進行初始化，并得到固定解，當長時間不能獲得固定解時，宜斷開通信鏈接，再次進行初始化操作；④每次觀測之間流動站應重新初始化，作業過程中，如出現衛星信號失鎖，應重新初始化，并經重合點測量檢測合格后，方可繼續作業；⑤每次作業開始前或者重新架設基準站后，均應進行至少一個同等級或高等級已知點的檢核，平面坐標較差≤7cm。

2.3 圖根點測量

2005年中橋水庫庫區1:1000 地形圖的測圖面積約8.50km2，如果按照傳統的測量方法根本不能在規定的時間內完成該工作任務，并且還需要大量的人員，耗費大量的時間。為了提高工作效率，測量人員采用TopconHiperPro（RTK)GPRS 模塊進行測量。GPRS 模塊常規有效作用距離長達30km，通過GPRS 數據傳輸可實現遠距離測量作業，基準站儀器架設無高度要求，基準站在15°截止高度角以上空間沒有遮擋物，且附近沒有大面積水域、大型高層建設物、樹木等影響數據傳輸的反射物即能滿足儀器架設條件。

現將兩種儀器采集數據測量結果坐標差列于表1。

表1 測量數據坐標差值表(單位：mm)

現場利用GPRS 模塊流動站與全站儀進行重復觀測，經統計分析得出以下結果，平面最大較差△X=25mm，△Y=27mm，△Z=25mm，計算其平均較差△X=17mm，△Y=18mm，△Z=18mm，由觀測值之差計算單位權中誤差如下：點位中誤差M==±8mm；高程中誤差

通過以上數據分析，RTK 測量點的精度滿足庫區1:1000 地形圖測量規范要求。

2.4 影響測量成果精度的因素

2.4.1 RTK 測量誤差來源

GPS 測量中的各種誤差按其來源大致可以分為3 類，與衛星相關的誤差主要包括衛星鐘差、衛星星歷誤差；與衛星信號傳播有關的誤差主要是電離層、對流層折射對信號傳播的影響，及信號傳播的多路徑效應的影響；儀器觀測誤差與儀器硬件和軟件對衛星信號觀測能達到的分辨率有關，還與儀器天線的安置精度有關，儀器誤差主要是接收機鐘差和天線相位中心的位置偏差；與距離有關的誤差主要是基準站接收機和流動站接收機之間的距離遠近，距離越遠誤差越大。

2.4.2 影響測量精度的因素影響RTK 測量精度的因素主要有：①衛星信號的影響；②RTK 基準站數據鏈傳輸的影響；③流動站工作方式的影響。

2.4.2.1 衛星信號的影響

RTK 測量要求基準站和流動站能同時接收至少5 顆以上相同的衛星信號。衛星數量越多和空間分布情況較佳時，RTK接收的信號越好，精度越高；反之，衛星越少，信號越差，精度越低，甚至不能解算。

2.4.2.2 RTK 基準站數據鏈傳輸的影響

RTK 測量時要求基準站GPS 接收機實時地把觀測數據和基準站已知數據通過無線電發射傳輸給流動站GSP 接收機，因此無線電信號的傳輸在RTK 測量中至關重要，故在作業過程中要求基準站與流動站之間的距離保持在5km 以內最佳。無線電數據鏈信號在傳輸時容易被高層建筑、樹林、山峰等障礙物遮擋，也容易被其他電磁波信號干擾或出現信號異常，故在流動站作業過程中要盡量避開遮擋物和干擾源。

2.4.2.3 流動站工作方式的影響

流動站工作方式一般有對中桿和三腳架兩種。使用對中桿方便快捷，但天線不穩定，精度起伏大；使用三腳架較繁瑣，速度慢，但是精度穩定。

通過分析和研究，在RTK 測量工作中測量人員可采取雙頻觀測、利用觀測量的差分技術進行處理、利用同步觀測值求差、適當延長觀測時間等相應的措施和方法，削弱相關因素的影響，提高測量精度和可靠性。

3 結語

通過外業數據的采集和對采集數據的精度分析，說明RTK-GPRS 模塊測量技術在精度方面是可以信賴的。GPRS 模塊通訊的RTK 作業方式與常規電臺通訊相比，配置簡單，攜帶方便，減輕了野外作業的勞動強度。GPRS 模塊通訊測量是借助于移動通訊的發射基站，發射差分信息，只要移動通訊網絡信號覆蓋的地方就能接收到來自基準站的差分信息，因此測量范圍更加廣泛。RTKGPRS 測量技術的缺點是穩定性較差，容易受到外部電磁信號的干擾，移動通訊的網絡覆蓋面積確定了作業范圍，采用GPRS 通訊要產生額外費用，跨區域作業時還會產生漫游費用，提高了作業成本。

[1]徐紹銓，張華海，等.GPS 測量原理及應用（修訂版）[M].武漢：武漢大學出版社，2003.