测绘工程中GPS—RTK技术在数字化测量中的应用

王智杰 薛永军

赤峰宏图测绘规划设计院，内蒙 赤峰 024001

测绘工程中GPS—RTK技术在数字化测量中的应用

王智杰 薛永军

赤峰宏图测绘规划设计院，内蒙 赤峰 024001

本文通过测绘实践，简要介绍GPS—RTK的原理和特点及在数字化图根控制测量中的应用。与传统控制测量比较，GPS—RTK测量作业效率高，定位精度高，数据安全可靠，及在像控点联测中的快速、不受地域条件限制等特性。

工作原理；GPS—RTK技术；应用方向

引言

随着经济的快速增长，GPS技术应用已经成为各个国家关注的重要问题。美国国防部为了满足陆、海、空等各军兵种的全天候导航定位以及定时之用的需求，于1973年正式批准陆海空三军共同研制的国防卫星导航系统。GPS技术的迅速发展使得GPS 技术不仅在大地测量、工程测量、航空摄影测量、城市测量等测绘领域得到了应用，而且在军事、交通、资源、通信、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。目前厘米级实时RTK技术为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。本文通过生产实践经验，介绍GPS—RTK技术在数字化控制测量中的应用。

1 GPS—RTK技术的原理

RTK实时动态测量技术，是以载波相位观测为根据的实时差分技术，它由基准站接收机、数据链、 流动站接收机三部分组成。在一定的范围内，能实时提供用户点位的三维坐标，并达厘米级的定位精度。

随着科学技术的不断发展，RTK技术已由传统的1+1或1+2发展到了广域差分系统，有些城市建立起CORS系统，这就大大提高了RTK的测量范围，当然在数据传输方面也有了长足的进展，由原先的电台传输发展到现在的GPRS和GSM网络传输，大大提高了数据的传输效率和范围。在仪器方面，现在的仪器不仅精度高而且比传统的RTK更简洁、更容易操作。

2 RTK图根控制测量

用RTK技术进行外业勘测，可以随时测量任意点的3维坐标，彻底摆脱后处理地负担，提高了效率，尤其在深山峡谷，用传统的测量方法难以进行的地区，更显示其实时、快速、操作简单等优点。本文通过实例，对GPS—RTK技术的应用问题进行了初步探讨。

2.1 收集测区控制成果，含控制点的坐标，等级，中央子午线，坐标系及控制点是属常规控制网还是GPS控制网。

2.2 求定测区转换参数，对于RTK测量，要求实时得出待测点在实用坐标系（1980西安坐标系、1954年北京坐标系或地方独立坐标系等）中的坐标，因此，坐标转换问题就显得尤为重要。实际需要将GPS观测的84坐标转换为国家平面坐标（如北京54坐标）或者工程施工坐标。对于WGS－84到国家平面坐标（如北京54坐标）的转换，我们可以采用高斯投影的方法，这时需要确定WGS84与国家平面坐标（如北京54坐标）两个大地测量基准之间的转换参数（三参数或七参数），需要定义三维空间直角坐标轴的偏移量和（或）旋转角度并确定尺度差。但通常情况下，对于一定区域内的工程测量应用，我们往往利用以往的控制点成果求取“区域性”的地方转换参数。

（1）采用已有的静态数据，直接将控制点的WGS－84坐标和国家平面坐标（如北京54坐标）或者工程施工坐标输入手簿，利用随机软件求解坐标转换参数。

（2）测区只有足够控制点的地方坐标，相对位置关系精确，但没有WGS－84坐标。在这种情况下，我们可以利用RTK测量方法，以基准站为起算位置（这个起算位置的坐标由GPS接收机观测确定，是一个精度有限的大地坐标，但它不影响RTK观测的相对位置关系），确定各控制点之间相对精确的位置关系，并实时测定WGS－84大地坐标。该方法具体实施时可能会遇到难处，比如控制点的距离太远，而RTK的作用距离有限。

（3）当某些地方无合适的控制点坐标来设置基准站，也可以采用基准站任意摆放的方式，即虚拟一个基准站，基准站的WGS-84坐标直接从测量手簿读取，然后流动站再到各个控制点上去采集WGS-84坐标。

2.3 选择基准站及设置，GPS－RTK定位的数据处理过程是基准站和流动站之间的单基线处理过程，基准站和流动站的观测数据质量好坏、无线电的信号传播质量好坏对定位结果的影响很大，基准站位置的有利选择非常重要。

2.4 流动站设置包括建立项目和坐标系统管理、流动站电台频率选择、有关坐标的输入、GPS RTK工作方式选择，流动站工作启动等。以上设置完成后，可以启动GPSRTK流动站，开始测量作业。

2.5 测量前的质量检查，为了保证RTK的实测精度和可靠性，必须进行已知点的检核，避免出现作业盲点。研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95%， RTK比静态GPS还多出一些误差因素如数据链传输误差等。因此，和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须进行质量控制。我们一般采用了以下两种方法：（1）已知点检核比较法—用RTK测出已知控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。（2）重测比较法—每次初始化成功后，先重测1-2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后才进行RTK测量。最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果。

经过以上已知点的检核后，符合要求后开始作业。

2.6 内业数据处理，数据传输就是在接收机与计算机之间进行数据交换。GPS RTK测量数据处理相对于GPS静态测量简单得多，如用TGO软件处理接收机导入的测量数据（*.dc），直接可以将坐标值以文件的形式输出和打印，得到控制点成果。

3 精度分析

我们在完成研究区1：500数字化地形测量中（面积约17平方公里）用GPS RTK进行图根控制。为了检验RTK控制点的实际精度，RTK测量结束后，我们用全站仪（2″）对部分相互通视的点实测的边长、高差与测量坐标反算边长、高差比较，最大边长较差0.018米，最小边长较差0.001米，边长间距中误差为0.007米，高差（△H）最大较差为0.053米，最小为0.000米。结果表明所测点精度良好。可以看出， RTK实测精度完全符合导线测量精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。根据以往的经验，RTK测量平面精度受外界因素影响较小，而高程精度受影响较大，其主要原因是受地球高程异常地影响。

经过返工处理后，各点均达到了精度要求。综上所述，GPS－RTK测量技术，完全可以满足像数字化图根控制测量的需要，测量精度能达到规范的要求。而且在山高坡陡不通视的地区更显其快速、方便、不受限制的优越性。

4 RTK技术应用的主要方向

4.1 双星系统是GPS－RTK发展的热点，它可接收14～20颗卫星左右，是常规RTK所无法比拟的，该技术使GPS设备具备最短时间达到厘米级精度的能力与最强的抗干扰遮挡能力。

4.2 VRS正在改善着RTK定位的质量和距离，增强RTK的可靠性，并减少OTF初始化的时间。VRS技术，可以在50Km左右时使RTK定位平面位置精度为1～2cm，并无需设立自己的基准站。其应用领域将逐渐涵盖陆地测量、地籍测量、航空摄影测量、GIS、设备控制、电子和煤气管道、变形监测、精准农业、水上测量、环境应用等诸多领域。VRS是天宝提出的网络RTK作业模式，现在世界上90%的网络RTK都是应用VRS。

4.3 GPS为代表的卫星导航应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一，也是全球发展最快的三大信息产业之一。GPS与计算机、通信、GIS、RS等技术的集成与融合必将使GPS技术的应用领域得到更大范围的拓广。

5 结语

GPS－RTK测量具有很多优越性。但GPS－RTK测量技术也有其局限性，作业过程中，要充分考虑各种因素的影响，如观测死角、卫星个数、磁场干扰，以及人为操作不合理等。

通过对研究区测量工作的分析，可以看到GPS－RTK技术不仅省时、省力，提高了工作效率，减轻了劳动强度，还可以完成一些传统测量作业非常困难的任务。由于其测量精度的提高，必将应用于更多的，不同的测量工作中。与传统的导线测量比较，RTK图根控制测量自动化程度高，实时提供经过检验的成果资料，无需数据后处理。拥有彼此不通视条件下远距离传递三维坐标的优势，并且不像导线测量那样产生误差累积，定位精度高，数据安全可靠。操作简单，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。可以说GPS－RTK技术非常适合大规模的数字化地形图测量。

[1]周忠漠.GPS卫星测量原理与应用[M].北京测绘出版社，1997: 99～106.

[2]张杏谷.GPS的SA动向.世界海运，2000.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.028