用南方RTK进行图根控制测量的应用与体会

林东 程晓阳

摘要：本文根据南方RTK在某测区图根控制测量中的应用实践，提出RTK图根测量的方法和体会，分析了影响RTK图根测量精度——特别是高程精度的各种因素，重点对测量中“飞点”的成因及控制方法作了介绍。最后提出两个问题，并通过测量数据进行了分析。

关键词：RTK图根测量校正点“飞点”

Abstract: in this paper, according to the area in a southern RTK figure root control to the measurement of the application practice, it puts forward the method to measure the root RTK diagram and the experience, analyzes the impact of RTK figure root measurement accuracy-especially the accuracy of the elevation of various factors, focusing on "fly point" in the measurement of the causes of formation and control methods are introduced. Finally put forward two problems, and through the measurement data was analyzed.

Keywords: RTK figure root measure calibration point "fly point"

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号： 一. 引言

随着科学技术的进步，测绘方法的改进，RTK测量技术以其快捷、精准的特点广泛地被测量人员所采用，但是在测量中仍存在一些问题值得我们探讨。RTK（Real-Time Kinematic）运用的是载波相位动态实时差分的方法。它的出现完全改变了传统控制测量野外作业强度大、速度慢、作用距离短、点位必须通视等限制。然而RTK的测量技术还存在一定的局限性，比如遮挡、强磁场干扰、太阳黑子及超远距离等因素都对测量质量有一定的影响，甚至无法测量。笔者近期使用南方RTK对某测区图根控制进行了测量，测量中遇到很多实际问题，通过这次图根控制测量的生产实践，提出RTK技术在应用中遇到的问题及解决建议，供同行探讨。

二. RTK图根测量

1、初识南方RTK灵锐S82

南方灵锐S82主要包括基站、移动站和发射电台三部分。RTK工作条件是要有两部分工作信号：一是卫星信号，二是差分信号（通过无线电台进行发送和接收）。在这两个信号同时具备的条件下才能解算出测量点的坐标，才能进行测量。根据这两部分信号南方灵锐S82仪器设置了单点解、差分解、浮点解、固定解四种解算结果。单点解就是有卫星信号，但是没有差分信号的解算结果。差分解就是移动站接收到了基准站的差分信号但是没有解算出一个具体参数情况下的解算结果（或者是卫星条件没有达到五颗的情况下所产生的计算结果）。浮点解就是移动站接收到了基准站的差分信号，并且有了卫星信号条件在满足5颗以上的浮动解，达到这个状态就是其整周模糊度没有计算准确的解算结果。固定解是测量点的正确解算结果，此情况下可以进行测量采集，除多路径效应严重时外基本能达到仪器的标称精度要求。

2、求解坐标转换参数（多点校正）

测量前先对测区进行点校正(WGS84地心坐标与地方坐标间的转换)，就是利用控制点的地方坐标和WGS84坐标求取测区“区域性”的转换参数。参数获取有两种方式：一是使用已有的静态GPS测量数据，将控制点的ＷＧＳ84坐标和地方坐标输入手簿直接求取转换参数；二是在无WGS84坐标成果的情况下，通过移动站点上采集基准站、校正点的ＷＧＳ84坐标，再手工输入其地方坐标，以求得转换参数。

3、点位坐标测量

转换参数获取之后，就可以进行图根点位坐标测量。测量时应经常以其它已知控制点作为检核，当检核精度满足图根控制测量精度要求（<5cm）时，方可开始正常作业。

点位测量时如何判断观测质量是保证测量成果优劣的关键所在。可以直接查看观测手簿上锁定卫星数量n、卫星精度因子PDOP、水平精度因子HRMS、高程精度因子VRMS等参数，一般在无干扰的地方n≥5、PDOP≤3、HRMS≤0.015、VRMS≤0.020。有些地方存在一些干扰源，造成RTK测量质量不正常，导致观测成果出现较大误差甚至有伪值现象。这种情况观测时不易发现，可从手簿上反映出收敛很慢，求得固定解一般需要几十秒甚至几十分钟才能完成。这时手簿上显示的收敛值可能不完全真实，有时测量误差可能达到几十厘米甚至几米，就产生我们常说的“飞点”。当出现此种情况时，要慎重对待采集的数据，最好重置整周模糊度重复采集数据以检核观测质量，一般采取关机重开机或倒转移动站主机使大部分卫星失锁后重测，也可以在下次重设基站后重复采集数据来判定观测质量。

4、观测成果整理

每次观测完成后要及时下载观测数据进行备份，并比较重复观测的两组数据，剔除存在明显粗差的点，以待后续返工重测。

三、RTK测量中“飞点”产生原因及对策

1、“飞点”产生原因

测量中发现有时很难求得固定解，有时求得了固定解但测量误差很大，特别是高程表现最为突出，有时重复测量高程相差几米，这就是典型的“飞点”。笔者通过本次测量发现产生“飞点”主要有以下原因：①、测点离周围遮蔽物太近，遮蔽角太大，导致锁定卫星数量少，卫星信号差。②、基站架设位置不理想，导致移动站接收的差分信号弱，只产生单点解。③、基站或测点附近有强磁场干扰，如附近有电信、移动塔架或高压线等，导致卫星信号产生周跳，影响信号质量。④、个别测点因高差较大或地下地质结构异常而导致重力异常，也会出现“飞点”。

2、解决“飞点”的几点对策

针对RTK测量中产生难以预见的“飞点”问题，笔者从实践中总结出预防“飞点”产生的几点对策：

①、图根点选埋时要注意保持点位周围视野开阔，遮蔽角尽可能小。

②、基准站尽可能架高，以提高数据链的传输速度和距离，并避开强磁场的干扰。

③、观测时严密监视手薄上固定解解算的时间、锁定卫星数量n、卫星精度因子PDOP、水平精度因子HRMS和高程精度因子VRMS的数值。

④、同基站重复观测。在基站位置不变的情况下，在同一时间段重置整周模糊度，再采集一次数据，或分不同时间段进行重复测量。比较几组观测值，互相進行校核。

⑤、多基站重复观测。分别在不同地点架设基站，分不同时间段进行重复测量，比较重复观测值，剔除明显存在粗差的观测值。

⑥、多检核高等级点，比较平面和高程值。一般要经常校对一级点和四等水准点，通过比较其平面和高程数值，判断前测段观测精度。

⑦、目测高差判断法。在信号不太理想的地方，注意比较测点与相邻条件好的已测点的高程值，通过目测点间实地高差判断观测高程之差是否合理。有时“飞点”高程会出现几米的粗差，一般凭地形地貌判断就能确定高程存在较大残差，此法对于高程残差较大的“飞点”点能作出很好的判断。

四、RTK图根测量中注意事项

为提高RTK图根测量的精度，保证RTK测量数据的可靠性、准确性，笔者个人认为作业中应注意以下几个方面：

1、基准站和流动站应选择在视野开阔，没有山体、楼群之类的遮挡，而且卫星高度角较大的地方，同时应避开强电磁场的干扰。根据无线电传播的规律，基准站和流动站离地面还要有一定的高差。

2、工程作業前最好将仪器进行一次总初始化，以确保仪器恢复出厂时的最佳工作状态。并检查天线类型、天线高等参数设置的正确性。

3、测量前注意检查移动站对中杆倾斜误差，通过比较两垂直方向的观测值即可，倾斜误差较大时必须对气泡进行校正。

4、测区第一次设置基准站或每次重新设置基准站后，为了检验当前站RTK作业的正确性，必须检查一点以上的已知控制点，或已知任意地物点、地形点，当检核在设计限差要求范围内时，方可开始RTK测量。

5、测量时置信程度必须设置在99.9%，在固定解状态且HRMS≤0.015、VRMS≤0.020时方可数据采集，并在同一时间段重置整周模糊度（最好使卫星失锁后重新锁定），再采集一次数据以供检核。对于没有检核条件的测量点，应分不同时间段进行重复测量，以避免测错。

6、首次进行参数校正时，参与校正的点应均匀分布在测区内，覆盖范围尽可能大于测图范围，类似于我们常说的“长边测短边”。参与高程拟合的已知点不少于6个，平面校正不少于3个。校正后注意观测手薄中校正点平面和高程精度，满足要求方可确认使用。

7、为使校正参数的统一，保证整个测区图根控制精度一致，建议进行全测区整体校正，解算整个测区唯一的校正参数，后续各次测量均套用此校正参数。

8、保证点位独立重复测量的频率，以获取较多的检核条件，确保测量值的可靠性。

9、成片密集的居民区不宜采用RTK做图根，建议仍采用传统的全站仪图根导线方法测取。

五、有待探讨的问题

1、整体校正和分区校正

本测区图根测量中对校正参数的解算我们先后采用了分区校正和整体校正的方法。分区校正就是分别选取测区中某一个区域，按前述要求取其区域内一定数量的已知点进行校正参数的解算，各分区求得其对应的校正参数，在同一精度的一级静态GPS控制下，理论上各分区校正参数除平移参数△X、△Y不同外，其他旋转、缩放等参数应该一致。整体校正就是整个测区按前述要求选取一定数量的已知点进行校正参数的解算。对两种方法测得的重合点进行比较，发现分区校正法测得的各分区接边重合测点点位和高程有时出现超过5cm的较差，特别是高程超限的点比例较多。整体校正法测得的相同重合点与分区校正法测得的几组点中某一组比较接近，在限差内，说明分区校正时有些分区方法造成这些点测量精度较差。造成此种现象原因是多方面的，有可能是各分区基站位置不理想或分区校正参数有误，其中高程影响较大可能是各分区高程拟合参数相差较大的缘故。笔者通过比较多组观测值认为，采用整体校正法能求得测区一致的校正参数（包括高程拟合参数），相对分区校正带来的诸多不确定性影响因素要好，建议采用整体校正求取校正参数。

2、RTK图根测量精度

在测区共选取了35个具有四等水准的一级静态GPS点进行RTK测量，结果显示：平面精度最大点位误差为4.5cm，最小为0.1cm，能满足图根测量的精度要求；高程残差最大为8.9cm，最小为0.1cm，平均为1.25cm，其中有4个点高程较差超限（>5cm），占11.4％。若以四等水准为真值，其高程中误差M＝±2.34cm。平面、高程精度统计如下图：

从上述两个问题的综合分析可见，RTK图根测量平面精度大都能满足图根测量的要求，但是其拟合高程精度往往不是太理想。由于GPS -TRK测得的是大地高Hkg，几何水准测得是正常高Hr，大地高与正常高间存在高程异常ξ（Hr＝Hkg-ξ）。GPS -RTK大地高到正常高的转换就是要求得各点高程异常ξ的精确数值，也就是求解高程拟合参数，一般是采用多项式曲面拟合的方法求取ξ。而RTK校正点的选择，包括校正点的精度、均匀分布程度及密度对整个测区拟合曲面精度影响很大，公共点数量足够多，分布越均匀，则拟合曲面与似大地水准面平行重合度就越高，高程拟合精度就越高，拟合高程就越接近正常高。由此可以看出，整体校正和分区校正对RTK图根高程精度的影响与其校正点的选择有很大关系，整体校正具有校正点分布广、拟合曲面范围大等优势，此时拟合曲面更接近似大地水准面，所以高程拟合精度相对要高。对于RTK图根测量高程精度整体不太理想，笔者认为除了校正方法、校正点的选择外，还与GPS信号的自身误差，包括轨道误差(星历误差)；GPS信号的传输误差，包括太阳光压，电离层延迟，对流层延迟，多路径传播和由它们影响或其他原因产生的周跳；GPS接收机的误差，主要包括钟误差，通道间的偏差，锁相环延迟，码跟踪环偏差，天线相位中心偏差等测量误差综合因素有关。如何最大限度地减少这些因素的影响，提高RTK高程测量的精度值仍得我们探讨。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。