RTK 技术在高程测量中的应用

陈 辉，许言科

（中牟县国土资源局，河南 中牟 451450）

0 引言

GPS（Global Positioning System）全球定位系统是美国研制并在1994 年投入使用的卫星导航与定位系统，其应用技术已遍及各个领域。 差分GPS 定位技术是一种高效的定位技术， 它利用2 台以上GPS 接收机同时接收卫星信号，其中安置在已知坐标点上的GPS 接收机称为基准站，用来测定未知点坐标的GPS 接收机称为移动站。基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数，并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果， 从而大大提高定位精度。 RTK（Real Time Kinematic）技术属于载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。 它又分为修正法和差分法。 修正法是将基准站的载波相位修正值发送给移动站，改正移动站接受到的载波相位，再解求坐标，也称准RTK。 差分法是将基准站采集到的载波相位发送给移动站，进行求差，解算坐标，也称真正的RTK。 RTK 技术是应用工程测量领域的一项重大技术革命，其应用及开发的前景十分广阔。 尤其是RTK 定位技术，在高程测量中蕴含着很大的技术潜力。 笔者根据实践经验， 探讨了RTK 技术应用于高程测量时应该注意的一些问题。

1 应用RTK 技术测量时易产生的问题分析

1.1 应用RTK 技术测量时存在的问题

在采用RTK 方式进行测量时，要求出坐标转换参数。 一般是在RTK 作业前，先在测区布设一定数量的静态GPS 控制点，将其与地方坐标系的控制点联测，以便同时获取GPS 点的WGS-84 坐标系统坐标和地方坐标系统坐标。 然后，利用后处理软件或GPS 控制器内置的实时处理软件，求解坐标转换参数,这也就是通常说的点校正。 点校正精度的高低直接影响测量的结果，有时候可能是测量精度不够高，也可能是结果不正确。 所以，进行点校正时，选择合理的控制点是很关键的。

例如，在某工程中，使用TOPCON HIPER PRO型双频GPS 进行测量，首先选择了4 个高等级的控制点做点校正，平面最大残差为2.7 cm，高程最大残差为3.1 cm。 从表面看，这样的精度对测量1:1 000的地形图来说，应该是完全满足要求的。 但是，在使用全站仪检核时，却发现平面一致，而距基准站400 m 处的测量点高程与全站仪的测量结果差0.7 m；在距基准站3 km 的地方测量，平面相差很小，而高程相差3.0 m。 显然，高程精度不能满足规范要求。

1.2 问题产生的原因分析

为了找出其中的原因，采用2 台南方型双频GPS进行测量， 结果与TOPCON HIPER PRO 型双频GPS 测量的结果完全一致，检查仪器参数的输入，也是正确的。这说明仪器和测量方法没有问题，只能是其他原因导致测量高程的失真。

在确定了仪器和测量方法没有问题后，对参加点校正的测量控制点的位置和高程复测资料进行分析，最后认为，产生高程失真的主要原因是：（1）选择做点校正的4 个控制点网形不好。 4 个控制点均是沿大堤布设的，基本上在一条直线上。 （2）4 个控制点之间的高程内符合精度不高。

1.3 解决问题方法

一般来说， 做点校正的控制点应该包围整个测区，但是对于港口和航道的测区来说，由于基本在江边或者海边，在工程中很难满足这一条件。解决此类问题，可以采用高程联测或增加水准点的方法。

（1）高程联测。 由于已知控制点的约束，只能采用较少（一般为4 个）的控制点做点校正。 按四等水准精度， 从其他高等级水准点上接测到做点校正的测量控制点上， 然后利用复测高程的测量控制点重新做点校正。其效果较好。在某项目中，就是按此方法做点校正的，其结果是：平面的最大残差为2.7 cm，高程的最大残差为0.7 cm。 利用RTK 方法测量，测出基准站距400 m 处的测点与全站仪测量的高程结果相差1.7 cm， 距基准站3 km 处的测点高程相差3.1 cm。 按照不同方式的比测结果，RTK 测量高程在点校正高程残差是厘米级时，其RTK 高程测量能够满足地形测量精度要求。

（2） 增加水准点。 在测区边沿再增加2 个水准点，使测区在这两点和已知点的包围中。把这两点的高程加到点校正中，就可以保证测区内测量的精度，不会导致点校正的最大残差过大， 保证整个测区的高程测量精度。

2 应用RTK 时的注意事项

2.1 观测卫星的图形强度要高

在进行坐标解算时，所采用的卫星数越多，分布越均匀， 则PDOP 值越大，RTK 的精确性和可靠性越高，且初始化的时间也越短。 一般情况下，只有在接收卫星数保持5 颗以上且PDOP＞6 时， 才能进行RTK 测量。

2.2 作业员的责任心要强

作业员的专业水平、经验和责任心对RTK 成果的精确性和可靠性有着重要的影响。作业时，接收机的对中、整平、天线高的量取，输入的已知点坐标，坐标转换参数及天线高等的任何误差，都将影响RTK测量的全部坐标。因此，要求作业员必须具有强烈的责任心，认真严格地按规程操作。 另外，对仪器基座和测杆上的水准器等，必须定期进行严格校正，以避免系统误差的影响。

2.3 观测成果要注意复核

RTK 测量具有显著的实时、快捷等优点，但其初始化（整周模糊值）的置信度通常为95%～99%，且作业中缺乏检核条件，个别点可能会出现粗差。 因此，为了保证RTK 的实测精度和可靠性，作业中必须注重成果的复核。 成果的复核分为作业前复核和作业中复核。 作业前复核是指在RTK 作业前，先在已知点上检测，当新测坐标与已知坐标的差值符合要求时，才能进行RTK 测量。 作业中复核一般是指在作业中，采用不同起算点测定部分重合点，或在同一点上采用两次观测法（失锁或关机）观测。

2.4 采取一定的措施保证测量精度

用RTK 方法进行控制测量时，应采取一定的措施保证测量精度。 现行测量规范（如《城市测量范围》、《地质矿产勘查测量规范》等）规定，一、二级导线的点位中误差（相当于起算点）不大于±5 cm，而常用GPS 接收机进行RTK 测量的标准精度为1 cm+1 ppm， 所以， 一、 二级导线控制点完全可以采用RTK 方法施测。

使用RTK 方法测定的坐标可以是观测一个历元的结果，也可以是几个历元的平均值。对于纯动态定位而言， 只能取一个历元的观测值。 在一般的RTK 测量中，通常是取几个历元的平均值，以消除偶然噪声，提高定位精度。 当用RTK 方法进行控制测量时，为了保证测量成果的精确、可靠，宜采用多历元的观测结果。同时，观测时应使用三脚架固定移动站的天线，进行严格的对中、整平，并远离各种强电磁干扰源和大面积的信号反射物。

3 结语

RTK 技术的使用不仅很大程度上提高了工作效率，而且减少了参加人员的数量。 在使用RTK 技术进行地形测量时，平面精度在技术上已经很成熟，对高程精度，在使用过程中要高度重视并加以控制。同时，应尽可能的使做点校正的控制点包围整个测区，如果受条件限制，一定要复测高程，或者增加水准点后再做点校正。

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