GPS RTK技术在数字城市部件调查中的应用

张新虹 董 伟 刘云波

（浙江省测绘大队，浙江 杭州 310030）

引言

GPS RTK(RealTmi eKinemat-ic,实时动态)技术是在GPS基础上发展起来的,能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式,是GPS应用的重大里程碑，因其操作快捷、直观、精度高、实时性强、自动化程度高、定位误差不累积等优点，被广泛应用于工程放样、地形测图、各种控制测量等工程领域中。笔者参与桐庐县“数字城管”城市部件数据普查建库项目，对数字城管管理系统进行介绍，并阐述了GPS RTK技术在“数字城管”中的应用。

1 数字城市管理系统及特点

数字城市管理系统是基于移动通信网络、行业终端（含数字城管终端应用软件）和政府内部办公系统，通过地理空间框架数据、单元网格数据、管理部件数据、地理编码数据 等多种数据资源的信息共享、协同工作，实现对城市市政工程设施、市政公用设施、市容环境与环境秩序的监督、管理和预警的系统。数字城管系统主要组成：

按照建设部《城市市政综合监管系统管理部件和事件分类、编码及数据要求城管部件的定位精度应符合表1的规定。

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2 GPS RTK技术特点

2.1 基本原理

RTK技术采用差分GPS三类(位置差分、伪距差分和相位差分)中的相位差分。这三类差分方式都是由基准站发送改正数，由流动站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果，RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于流动站上，基准站和流动站同时接收同一时间相同的GPS卫星发射的信号，基准站将所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传递给流动站以精化其GPS观测值，得到经差分改正后的流动站较准确的实时位置。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。

2.2 测量方法

2.2.1 “无投影/无转换”法。直接用接收机在基准站和流动站接收WGS-84坐标，其后利用观测的已知点的WGS-84坐标和相应的地方坐标根据一定的数学模型进行转换。这种方法基准站不一定要安置在已知点上，但根据不同的转换方法，需要观测一定数量的已知点。

2.2.2 “键入参数”法。把用静态观测求得的WGS-84坐标和地方坐标键入到手簿中，进行转换，也可以置入静态观测平差时求取的转换参数。该方法基准站须架设在已知点上，但可以不观测其他已知点(为了检核，建议在方便时还是观测一定量的已知点)。

2.3 误差分析

RTK定位技术主要存在两类误差:一类是与测站有关的误差，包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素;另一类是与距离有关的误差，包括轨道误差、电离层误差、对流层误差。下面就上述误差进行分析:

2.3.1 天线相位中心变化。天线的机械中心和电子相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。忽视天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差达到3~5cm。因此，若要提高精度，必须知道流动站天线和基准站天线的精确相位图形，并依据图形来改正其数据。

2.3.2 多径误差。该误差是RTK技术定位测量中最严重的误差。它取决于天线周围的环境，多径误差一般为5cm，高反射环境下可达19cm。多径误差可通过一些措施予以削弱:选择地形开阔、无反射面的点位;采用扼流圈天线;基准站附近铺设吸收电波的材料;采用处理数据的新技术;接收机内采用专门的滤波器削弱数据中的多径误差等。

2.3.3 信号干扰。对于基准站而言，测试天线周围的电磁波干扰非常容易。干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离，改正这些影响的主要方法为选点时注意上述因素。

2.3.4 气象因素。根据研究发现，在天气急剧变化时，也能导致观测坐标的变化，因此，恶劣天气不宜进行RTK测量。

2.3.5 轨道误差。轨道误差只有几米，其残余的相对误差影响约为1 ppm，就短基线(小于10 km)而言，对其结果的影响可忽略不计，但对于20~30 km的基线可达到几厘米。

2.3.6 电离层误差。电离层效应同太阳黑子活动密切相关。在太阳活动平静期，其影响小于5 ppm，当太阳黑子爆发时，其影响可达到50 ppm。实践证明，在太阳黑子爆发期，不但RTK测量无法进行，即使静态GPS测量也会受到严重影响。

2.3.7 对流层误差。对流层误差同点间距离和点间高差密切相关，一般可达3ppm。

为了保证RTK达到厘米级精度，要对测站有关的误差一起模拟。

2.4 城管部件细部测量

一般为两人一组，一人在基准站上，一人背着仪器在城管部件处立杆并记录数据。规定作业过程中必须保证接收到5颗以上的卫星。流动站系统测量前要进行初始化工作，以保证系统以额定的精度水平工作。为了保证成果质量，规定测量人员立点要准确。

2.5 RTK作业中应注意的问题

在应用RTK测量时，要注意以下几个问题:①减少信号的干扰。对于基准站而言，要避开在测站周围100~500 m范围的UHF、VHF、TV和BP机发射台，避开用于航空导航的雷达装置等强电磁波辐射源。②作业前，使用随机软件做好卫星星历的预报，应选择在PDOP值小于5的情况下进行RTK测量，否则在野外测量中很难得到“固定解”。

3 结束语

GPS RTK技术因高效率、灵活、误差不积累、厘米级的高精度受到测绘人员的青睐。RTK定位的数据处理主要是基准站和流动站间的单基线处理，而基准站和流动站的观测数据质量及无线电信号的传播质量对定位精度的影响极大。因此，基准站应设立在要进行RTK测量的RTK无足够的校核条件，不宜用来作首级控制。随着数据传输能力的增强，数据的稳健性、抗干扰水平和软件水平的提高，RTK技术将在各个领域得到更广泛的应用。

[1]蔡昌盛，高井祥，张华海.我国GPS综合服务系统建设进展[J].全球定位系统，2005，30（3）：8-11.

[2]刘文建，黄声享，林 剑.CORS系统组网方案探讨[J].测绘信息与工程，2006，31（2）：44-46.