利用GPS-RTK測量作業應注意事項及措施

王歷明，尚飛艷，郭俊強，龔真春，李國營

（61243部隊，甘肅 蘭州730020）

利用GPS-RTK測量作業應注意事項及措施

王歷明，尚飛艷，郭俊強，龔真春△，李國營

（61243部隊，甘肅 蘭州730020）

簡要介紹了GPS-RTK測量的基本原理、構成和誤差源。結合幾年來利用GPS-RTK進行作業的實踐經驗，以其在“蘭-銀”輸油輸氣管線測量中的高效、成功應用為例，分析比較了其優勢和不足，歸納總結了采用GPS-RTK作業時應注意的一些事項及相應的對策措施，對實際作業有一定的參考和借鑒價值。

GPS-RTK；測量作業；注意事項；應對措施

常規的GPS測量方法，如靜態、快速靜態、動態測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK(Real Time Kinematic)技術采用了載波相位動態實時差分方法，是一種將GPS與數傳技術相結合，實時進行數據處理解算，在1～2s的時間里能得到高精度位置信息的測量技術[1]。這項技術一經問世，便極大地拓展了GPS的使用空間，目前已被廣泛運用于工程測量、地形測圖、變形監測和實時導航定位等方面，極大地提高了外業作業效率，是GPS應用的重大里程碑[2]。

本文結合幾年來利用GPS-RTK進行作業的實踐經驗，如軍用土地第二次調查、“蘭-銀”輸油輸氣管線測量、軍用機場測量和小范圍大比例尺地形圖快速測制等任務。在簡述GPS-RTK系統組成、測量原理和定位誤差源的基礎上，以“蘭-銀”輸油輸氣管線測量任務為例，比較分析了其優勢和不足，歸納總結了作業時的一些注意事項及相應的對策措施。

1 RTK系統的基本原理、組成和誤差源

RTK的基本工作原理是將一臺接收機置于參考站中，另一臺或幾臺接收機置于載體（稱為流動站）上。參考站和流動站同時接收同一時間、同一GPS衛星發射的信號，參考站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，就得到GPS差分改正值，然后，將這個改正值通過無線電數據鏈及時傳遞給共視衛星的流動站，精化其GPS觀測值，從而得到流動站較精確的3維坐標和測量精度[3]。RTK由基準站、流動站和無線電數據鏈三部分組成。

RTK定位的誤差一般分為三類[4]：

1)與GPS衛星和RTK儀器有關的誤差：包括GPS衛星軌道誤差、鐘誤差、RTK天線相位中心變化等。

2)與信號傳播有關的誤差：包括大氣延遲誤差、對流層誤差、多路徑效應、信號干擾等。

3)與操作人員有關的誤差：包括轉換參數引起的誤差、基準站與流動站之間的距離、基準站與流動站操作人員的誤差等。這三部分誤差可統稱為GPS-RTK定位誤差，由系統的控制終端（如掌上機）實時顯示。而作為用戶最關心的是其定位的平面和高程兩方面精度。

2 GPS-RTK技術應用實例

2.1 工程概況

2009年至2010年，受中國天然氣公司委托，我部承擔了西氣東輸蘭州至銀川段的管線測量任務。管線全長約400km，任務要求完成20個閥(泵)室D級GPS點測量、487個管線特征點測量和200km的1∶2000管線帶狀圖測制任務。由于工期要求緊，在考慮測量點位較多和僅用傳統測量方法不能及時完成的實際情況下，作業時采用了基于GPS連續運行基準站方法進行D級GPS控制點測量，用RTK技術進行管線特征點測量，RTK與全站儀相結合的方法來進行管線帶狀圖測制。

2.2 所用作業儀器設備

作業所用儀器為南方公司生產靈銳S86型3

△通訊作者：龔真春（1973-），男，甘肅景泰人，高級工程師，主要從事大地測量和GNSS導航定位方面的研究。

臺（套）雙頻GPS接收機和3臺全站儀。其中GPS接收機性能指標為[5]：靜態平面精度±3mm＋1ppm，高程精度±5mm＋1ppm，靜態作用距離優于100km；RTK平面精度±1cm＋1ppm，高程精度±2cm＋1ppm，RTK作用距離：優于10公里，RTK初始化時間：典型15秒。全站儀為俫卡TPS1202：測角精度：2"，測距精度(2mm＋2ppm×D)。

2.3 測量方法及作業流程

“蘭－銀”輸油輸氣管線測量任務的作業方法及流程如圖1所示。

圖1 “蘭－銀”輸油輸氣管線測量作業流程

1)基于GPS連續運行基準站作業模式進行D級GPS控制點測量。采用基于GPS連續運行基準站的作業模式時，野外作業小組獨立測量，不需要與其他作業小組同步觀測構成同步區，減輕了外業組織的工作量，大大提高了作業效率和成果解算精度。獲取20個閥(泵)室D級點平面及高程準確成果后，進行后續的管線特征點測量、帶狀圖測制。

2)利用RTK技術進行管線特征點測量。將D級GPS點作為RTK參考站，超過作業距離時，通過靜態測量增設臨時基準站。利用RTK技術進行管線特征點測量，數據處理采用南方靈銳自帶解算軟件“工程之星”進行處理。

3)管線帶狀圖測制。在進行管線數字測圖時，在地勢開闊、GPS信號強的區域內，用RTK接收機采集碎部點；在有遮擋GPS衛星信號的接收和影響數據鏈傳輸地帶時，采用全站儀完成碎部點測量。

依據上述測量方法和作業流程，雖然在作業過程中遇到了一些問題，但經過作業人員及時而有效的解決，最終按期完成了任務，所測成果一次性通過驗收并上交。

3 RTK技術測量作業的優勢與不足

3.1 RTK測量作業的優勢

工程應用實踐表明，采用RTK技術進行作業，具有以下主要優點[6]：

1)作業效率高。例如在地形條件良好的情況下，高質量的RTK設站一次至少可測完5km半徑的測區，大大減少了傳統測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數，僅需一人操作，進行碎部點測量時，每個點上只需測量3～5s，節省人力和時間，大大提高了作業速度和效率。

2)定位精度高，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在其作業半徑范圍內，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級，且不存在誤差積累。

3)全天候作業。RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只需要滿足數據傳輸和對空通視的要求，因此和傳統測量相比，RTK技術作業受限因素少，幾乎可以全天候作業。

4)RTK作業自動化、集成化程度高。RTK可勝任各種測繪外業，流動站配備高效手持操作手簿，內置專業軟件可自動實現多種測繪功能，減少人為誤差，保證作業精度。

3.2 RTK技術的缺點

雖然RTK技術有著常規儀器所不能具備的優點，但卻存在以下幾方面不足，使得其在應用中受到限制，主要表現為：

1)用戶需要架設本地的參考站。

2)誤差隨距離增長。

3)誤差的增長使流動站和參考站間的距離受到限制，作業距離一般小于15km，隨儀器性能、電臺功率大小而不同。

4)可靠性不能達到100%。RTK確定整周模糊度的可靠性為95%～99%，在穩定性方面不及全站儀，這是由于RTK較容易受衛星狀況、電離層狀況、數據鏈傳輸狀況等影響的緣故[7]。

4 RTK作業應注意的事項及應對措施

雖然RTK有如上所述的缺點，但其優點遠遠大于缺點，且有些優點是常規測量方法所不能比擬的。針對RTK技術的缺點，結合作業經驗，歸納總結

出以下應注意的事項及應對措施，以彌補RTK技術的不足，提高作業效率。

1)準備充分，摸清儀器特性。通過在各種條件下反復試驗，摸清儀器各種特性，如能否達到標稱精度，在各種條件下的測量誤差、作業半徑、初始化能力及所耗時間，摸儀器的穩定性等等，以便應用時得心應手。

2)注重基準位置的選擇?；鶞收颈M量設置在點位較高的控制點上，以利于接收衛星信號和數據鏈信號，控制點間距離應小于RTK有效作業半徑的2/ 3倍。為方便對RTK測量成果進行控制檢核和避免出現作業盲點，應在測區內環境不良地區增設一些控制點，控制點的選點還要避免無線電干擾和多路徑效應。

3)確保測區坐標轉換參數的正確、可靠。轉換參數的好壞直接影響RTK的測量精度，用于求取轉換參數的控制點的精度及分布是影響定位精度很重要的一環。一般要求是：控制點在測區內要均勻分布，對于較大范圍的測區，應進行轉換參數分區求解，且區與區之間要有適當的重合點；其次是控制點在測區內要均勻分布，平面起算點要5個以上，高程起算點要7個以上，目的是擬合出高精度的水準面。

4)假值問題。用RTK作業要求必須初始化成功后，即解的類型為固定解 （Fixed），而不是浮點解(Floated)，才能進行作業。但由于受衛星、接受時間、處理軟件、環境因素等各方面影響，有時在固定解的情況下進行作業，但事后經檢核發現，同一個設計點，平面位置誤差可達20cm，高程誤差50cm甚至更大。一般情況下，防止假值出現的辦法主要有：①每日作業前，復測兩個以上的首級控制點來檢驗；②初始化丟失后，重新初始化后要復測兩個首級控制點來檢驗；③作業注意高程值，看是否與實際相符，有無出現異常高程值，通常出現假值時，高程變化較大；④室內處理數據時，發現有高程變化異常的點，第二天應去復查這些點。

5)合理選擇作業時間。通過下載星歷文件了解測區的衛星分布情況，編制可行的作業計劃，盡量避開衛星信號盲區和電離層干擾大的時段，以避免無必要的返工。

6)RTK測量困難地區，選擇合理的作業流程。在山區和樹林較密的地方使用RTK作業，主要表現為收不到基準站信號或時有時無，初始化較慢且易丟失、測量用時較長和精度不高等。對于此類問題，解決辦法主要有：①選好基準點，要開闊，電臺功率調到最大，電臺天線盡可能架高；②把流動站天線架高；③使用電臺中繼站；④架雙基準站工作；⑤聯合全站儀作業，充分發揮RTK與全站儀的各自優勢。

5 結束語

GPS-RTK技術相比常規測量及靜態GPS測量來說，其作業效率和精度大大提高。目前選擇精度高、抗干擾性強的RTK儀器，并通過全面的質量保證措施，能得到更加穩定可靠的高精度成果。同時，充分利用RTK協同全站儀聯合作業的方式，發揮出各自優勢，能克服不良天氣、地形限制、作業半徑及工序過多等弊端，達到提高作業效率，加快施工進度，保證成果質量，節省人力物力等目的。本文結合工作實踐，對采用GPS-RTK技術進行作業進行了一些歸納和總結，以供實際作業參考和借鑒。

[1]徐紹銓,張華海,楊志強.GPS測量原理與應用[M].武漢∶武漢大學出版社,2008.

[2]龔真春,陳宏偉,張曉博等.GPS-RTK聯合全站儀在沿黃公路施工放樣中的應用[J].測繪空間與地理信息,2015, 38（11）∶137-138.

[3]黃俊華,陳文森.連續運行衛星定位綜合服務系統建設與應用[M].北京∶科學出版社,2009.

[4]林和忠.RTK技術的誤差分析與處理[J].北京測繪,2005,（4）∶14-15.

[5]靈銳S86產品手冊[M].南方測繪儀器有限公司,2007.

[6]余小龍,胡學奎.GPS RTK技術的優缺點及發展前景[J].測繪通報,2007（10）∶40-41.

[7]孟靈飛.網絡RTK技術分析與應用研究[D].遼寧工程技術大學碩士論文,2013.

p631.82