1、1关于 GPS RTK 技术在地形测量中的步骤及应用【摘 要】通过对 GPS RTK 原理分析以及 RTK 技术在控制测量、数字测图等工程中的基本应用，对动态 GPS 的特性和使用方法做了阐述，指出了动态 GPS 在测量中的重要作用；并对测量精度进行了一定的分析，得出一些有益的结论和体会。 【关键词】 RTK 技术 流动站 基准站 中图分类号：TU198+.1文献标识码： A 1 前言 GPS（Global Position System）即为全球定位系统的简称，它是一套利用美国 GPS 卫星导航系统进行全天候、全方位的测量定位设备。根据 GPS 提供的坐标或坐标演变量精度和方式的不同可以分为
2、毫米级，厘米级，静态，动态后处理，RTK(Real Time Kinematic 实时动态)，RTD(Real Time Differnce 实时差分)等几种设备分类和测量方式，其中 RTK 是一种定位精度比 DGPS 高 100 倍的载波相位差分 GPS 技术。 RTK(Real Time Kinematic)技术又称载波相位动态实时差分技术，其实时动态定位技术效率高，可以在作业现场提供经过检验的测量成果，能够在满足精度的前提下，摆脱后处理的负担和外业返工的困扰。 目前，该技术已广泛应用于地形测量、航空摄影测量、地籍测量、房产测量、勘界与拨地测量、工程测量等各个领域。本文主要通过一些实例体会
3、来探讨 RTK 技术在工程中的应用。 2 基本方法 2RTK 定位通常由 1 台基准站接收机和 1 台或多台流动站接收机以及用于数据传输的电台组成，在 RTK 作业模式下将一些必要的数据输入 GPS控制手簿，如基准站的坐标、高程、坐标系转换参数、水准面拟合参数等；流动站接收机在若干个待测点上设置。基准站与流动站保持同时跟踪至少 4 颗以上的卫星，基准站不断地对可见卫星进行观测，将接收到的卫星信号通过电台发送给流动站接收机，流动站接收机将采集到的 GPS观测数据和基准站发送来的信号传输到控制手簿，组成差分观测值，进行实时差分及平差处理，实时得出本站的坐标和高程。 基准站一般架设在已知点(平面坐标
4、或高程已知)上，点位一般位于测区中间，视野开阔，周围无高大的树木、楼房等建筑物影响，远离强电磁波发射源和大面积的水面，如果事先没有确定地心坐标(WGS-84)与当地坐标系的转换参数，也可以将基准站架设在符合上述条件的未知点上。流动站依次设置在待测点上观测。基准站和流动站同时接收卫星信号。基准站通过连接的电台将测站坐标、伪距观测值、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态发送给流动站，流动站接收该信息后与卫星信息进行实时差分平差处理，实时得到流动站的三维坐标及其观测精度信息。系统的显著特点是 GPS 测量技术与数据传输技术组合而成，其数据传输由无线数据链完成，数据链采用 UHF 频段，具有可
5、靠、稳定和抗干扰能力的优点。 3 RTK 测量实例 3.1 RTK 在控制测量中的应用 RTK 控制测量时，首先用已知控制点建立投影的局部归化参数，仪器3将直接记录坐标和高程，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。本次测量解算出两坐标系之间的转换参数，水平残差最大为2.5cm，垂直残差最大为0.6cm。为了提高待测点的观测精度，将天线设置在对点器上，观测时间大于 20 秒，采用不同的时间段进行两次观测取平均值；机内精度指标预设为点位中误差1.5cm，高程中误差2.0cm；观测中，取平面和高程中误差均小于1.0cm 时进行记录。 RTK 点两次观测值坐标较差最大值为2.8cm，最小值为 0.
6、3cm。考虑到两次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度双观测值的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。观测值中误差为0.9cm，平均值中误差为0.6cm（0.9/2） 。这说明 RTK技术能满足城市测量规范中最弱点的点位中误差(相对于起算点)不大于5cm 的要求。 同时，我们采用常规手段对 RTK 控制点进行了四等水准测量。平差后，每公里高差中误差为4.2mm，最弱点高程中误差为6.5mm。在进行 RTK 平面控制测量的同时，我们也利用 RTK 技术进行了高程测量。两次 RTK 高程测量的成果高程较差最大为-4.7cm，最小为 0cm.观测值中误差为1.4cm，平均值
7、中误差为1.0cm。 根据实际经验，由 RTK 测量的高程计算出的相邻高差受相邻点间的长度影响较小，高差精度主要与四等水准测段长度有关。利用高差较差参照不同精度双观测值情况计算出高差较差单位(每公里)中误差为1.89cm。 如果 RTK 高程测量的中误差采用其预设精度2.0cm，四等水准高差4中误差取1.0cm，得高差较差理论单位中误差为3.0cm。显然，计算的高差较差单位中误差小于高差较差理论单位中误差，证明 RTK 高程测量能够满足城市测量规范对四等水准网的精度要求。 3.2 RTK 在数字测图中的应用 利用 RTK 快速定位和实时得到坐标结果的特点，可以进行地形的碎部测量来代替常规的数字
8、测图。以 1 台 GPS 基准站，另一台或几台移动的 GPS 接收机分别开始进行碎部点测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，在测量管道中心线或道路边线时可以设定按距离进行采集，距离可以人为设定；在匀速运动测量的过程中，可以设定按时间采集，时间间隔也可人为设定。采集完将数据格式转换为“点号，东坐标，北坐标，高程”形式，保存到硬盘，使用 Cass 软件经过成图处理，生成数字化地形图。 地形点的采集可以单人作业，在建筑区内较为开阔的区域进行数据采集，发现 RTK 的采点速度相当快，由于初始化速度快(小于 30s)，并且在线运动过程中不失锁，每个碎部点
9、采集时间不超过 2s(含点位代码输人)，因此，采点速度几乎等于走路的速度，可以充分发挥 RTK 快速高精度定位的优势。 也可以在作业中采用 RTK 测量模式的优势，准确快速地建立图根控制点，在图根控制点上由全站仪配合电子手簿进行碎部点的数据采集。该法不像常规图根导线测量那么烦琐，受地形的限制，也不用支仪器设站，从而减少了因多次设站带来的测量累计误差，提高了全站仪碎部点采点的点位绝对精度，使地形测量方便快捷，大大提高了地形测量的工5作效率。在地形图、地籍图等的测量应用中，均取得了很好的效果。 6 结论 6.1 RTK 技术操作简便，灵活方便，工作状态稳定。能快速、准确地测定图根点、碎部点的坐标和
10、高程，实时提供精度可达厘米级经检核的三维坐标。与传统的测图方法相比，人员少，费用省，效率高。 6.2 基准站的选择对于 RTK 测量非常重要，它将直接影响到流动站的施测精度和测量速度，应注意二者之间的“准光学通视” 。 6.3 应根据测区的实际情况选择合适的坐标转换参数求解方法，参与坐标转换的已知点应在 3 个以上，且分布要均匀，做到在满足精度要求的情况下，尽可能的减少外业的工作强度。 6.4 在城市地形测量中，GPS 一 RTK 技术可以替代全站仪进行图根导线测量，所测范围内在不通视的条件下测定无累积误差的图根点，使测图所需图根点的数量在满足要求时，可多可少，机动灵活；而且移动点至基准点的距
11、离可以很长(最好不要超过 10 km)。 6.5 在城市空旷地区，建筑物不太稠密的住宅区和大马路上，RTK 能快速地完成碎部测量作业。在夜间作业，比常规测量作业方法更具优越性。 6.6 在个别高大建筑物或建筑稠密地区，GPS 出现盲区，初始化时间长或失锁，影响碎部测量速度，可采用 RTK 增补图根导线点，配合全站仪测量碎部点的方法，从而快速地完成野外作业，也可以大大提高外业测图的工作效率，进而达到缩短工期，节约成本的目的。 6参考文献1 孔祥元，梅是义；控制测量学(上,下)；武汉测绘科技大学出版社；1996 年。2 城市测量规范 ；CJJ 8-99；建设部颁布；1999 年。3 GB 7931-87，1:500,1:1000,1:2000 地形图航测摄影测量外业规范S。4 刘大杰，施一民等；全球定位系统（GPS）的原理与数据处理M；同济大学出版社；1996 年。 5 徐绍铨，张华海，杨志强； GPS 测量原理及应用；武汉测绘科技大学出版社；1997 年。6武汉测绘科技大学测量平差教研室编著；测量平差基础；测绘出版社；1996 年。
