RTK-GPRS模块技术在地形图测绘中的应用

□蒋国飞（遵义水利水电勘测设计研究院）

1 概述

随着信息科学和计算机技术的飞速发展，现代测绘技术无论在理论水平、精准程度，还是在应用范围方面都发生了质的变化。测绘科学的发展很大部分是从仪器发展开始的，仪器的改变使得测绘方法也发生了重大的变革。

20世纪80年代初，全球定位系统（GPS)问世，采用卫星直接进行空间点的三维定位引起了测绘技术的重大变革。由于卫星定位具有全球、全天候、快速、高精度和无需建立高标等优点，被广泛用于大地测量、工程测量、地形测量及军事的导航、定位上，世界上很多国家为了使用全球定位系统的信号，迅速进行了接收机的研制。

RTK 实时动态测量技术是全球定位系统（GPS)技术的又一个升华。RTK 测量技术是以载波相位观测为根据的实时动态差分定位技术，它不仅具有GPS 测量的优点，同时具有观测时间短，能实现坐标实时解算的优点，大大提高了生产效率。

文章介绍了RTK-GPRS 模块在地形图测绘中应用的精度问题，对测量结果进行了精度分析，提出了RTK 测量的误差来源和影响RTK 测量精度的因素。

2 RTK-GPRS 模块在地形图测绘中的实际应用

2.1 工作原理

RTK 的工作原理是在基准站上安置GPS 接收机，跟踪观测GPS 卫星信号，将观测数据和测站信息，通过数据传输设备，将实时数据发送给流动站，流动站GPS 接收机在接收GPS 卫星信号的同时，通过数据接收设备，接收基准站传输的数据，把卫星信号数据和基准站数据进行实时处理，经差分改正后，RTK 观测手簿中实时显示测量点三维坐标数据。

在实际的测量工作中，我们将基准站架设于测区某高处且满足基准站架设要求的地方，在测定未知点的时候，测量过程中共同卫星数一般都在5 颗以上，PDOP 值都在6 以下才进行测量记录，共同卫星数越多，解算模糊度值的速度越快、越可靠；空间分布范围越大，PDOP 值越小，定位精度越高，误差越小，因此所测数据精度较高。

2.2 技术要求

2.2.1 RTK 测量卫星的状态

当截止高度角15 °以上的卫星个数必须≥5 颗，且空间位置精度因子（PDOP）值≤6，观测窗口状态可用；截止高度角15 °以上的卫星个数<5 颗，且PDOP>6 时，观测窗口状态不可用。

2.2.2 基准站的技术要求

①基准站宜选择在视野开阔，视场内无障碍物，测区位置相对较高，且测区内有移动通信接收信号的位置；②基准站200m范围内不应有大功率无线电发射源，如电视台、电台、信号发射台、变压器、变电站、高压线等；③基准站附近不应有大型高程建筑物；④应正确设置软件中对应的仪器、电台、天线类型，电台频率，数据端口，蓝牙端口，基准站坐标、单位、尺度因子、投影参数及接收机天线高等参数。

2.2.3 流动站的技术要求

①使用网络RTK 测量时，流动站应获得系统服务的授权，并在有效服务区域内进行；②流动站观测应避免在隐蔽地带、成片水域和强电磁波干扰源附近进行；③观测前应设置流动站的坐标转换参数，以及流动站与基准站的通信，作业前应对仪器进行初始化，并得到固定解，当长时间不能获得固定解时，宜断开通信链接，再次进行初始化操作；④每次观测之间流动站应重新初始化，作业过程中，如出现卫星信号失锁，应重新初始化，并经重合点测量检测合格后，方可继续作业；⑤每次作业开始前或者重新架设基准站后，均应进行至少一个同等级或高等级已知点的检核，平面坐标较差≤7cm。

2.3 图根点测量

2005年中桥水库库区1:1000 地形图的测图面积约8.50km2，如果按照传统的测量方法根本不能在规定的时间内完成该工作任务，并且还需要大量的人员，耗费大量的时间。为了提高工作效率，测量人员采用TopconHiperPro（RTK)GPRS 模块进行测量。GPRS 模块常规有效作用距离长达30km，通过GPRS 数据传输可实现远距离测量作业，基准站仪器架设无高度要求，基准站在15°截止高度角以上空间没有遮挡物，且附近没有大面积水域、大型高层建设物、树木等影响数据传输的反射物即能满足仪器架设条件。

现将两种仪器采集数据测量结果坐标差列于表1。

表1 测量数据坐标差值表(单位：mm)

现场利用GPRS 模块流动站与全站仪进行重复观测，经统计分析得出以下结果，平面最大较差△X=25mm，△Y=27mm，△Z=25mm，计算其平均较差△X=17mm，△Y=18mm，△Z=18mm，由观测值之差计算单位权中误差如下：点位中误差M==±8mm；高程中误差

通过以上数据分析，RTK 测量点的精度满足库区1:1000 地形图测量规范要求。

2.4 影响测量成果精度的因素

2.4.1 RTK 测量误差来源

GPS 测量中的各种误差按其来源大致可以分为3 类，与卫星相关的误差主要包括卫星钟差、卫星星历误差；与卫星信号传播有关的误差主要是电离层、对流层折射对信号传播的影响，及信号传播的多路径效应的影响；仪器观测误差与仪器硬件和软件对卫星信号观测能达到的分辨率有关，还与仪器天线的安置精度有关，仪器误差主要是接收机钟差和天线相位中心的位置偏差；与距离有关的误差主要是基准站接收机和流动站接收机之间的距离远近，距离越远误差越大。

2.4.2 影响测量精度的因素影响RTK 测量精度的因素主要有：①卫星信号的影响；②RTK 基准站数据链传输的影响；③流动站工作方式的影响。

2.4.2.1 卫星信号的影响

RTK 测量要求基准站和流动站能同时接收至少5 颗以上相同的卫星信号。卫星数量越多和空间分布情况较佳时，RTK接收的信号越好，精度越高；反之，卫星越少，信号越差，精度越低，甚至不能解算。

2.4.2.2 RTK 基准站数据链传输的影响

RTK 测量时要求基准站GPS 接收机实时地把观测数据和基准站已知数据通过无线电发射传输给流动站GSP 接收机，因此无线电信号的传输在RTK 测量中至关重要，故在作业过程中要求基准站与流动站之间的距离保持在5km 以内最佳。无线电数据链信号在传输时容易被高层建筑、树林、山峰等障碍物遮挡，也容易被其他电磁波信号干扰或出现信号异常，故在流动站作业过程中要尽量避开遮挡物和干扰源。

2.4.2.3 流动站工作方式的影响

流动站工作方式一般有对中杆和三脚架两种。使用对中杆方便快捷，但天线不稳定，精度起伏大；使用三脚架较繁琐，速度慢，但是精度稳定。

通过分析和研究，在RTK 测量工作中测量人员可采取双频观测、利用观测量的差分技术进行处理、利用同步观测值求差、适当延长观测时间等相应的措施和方法，削弱相关因素的影响，提高测量精度和可靠性。

3 结语

通过外业数据的采集和对采集数据的精度分析，说明RTK-GPRS 模块测量技术在精度方面是可以信赖的。GPRS 模块通讯的RTK 作业方式与常规电台通讯相比，配置简单，携带方便，减轻了野外作业的劳动强度。GPRS 模块通讯测量是借助于移动通讯的发射基站，发射差分信息，只要移动通讯网络信号覆盖的地方就能接收到来自基准站的差分信息，因此测量范围更加广泛。RTKGPRS 测量技术的缺点是稳定性较差，容易受到外部电磁信号的干扰，移动通讯的网络覆盖面积确定了作业范围，采用GPRS 通讯要产生额外费用，跨区域作业时还会产生漫游费用，提高了作业成本。

[1]徐绍铨，张华海，等.GPS 测量原理及应用（修订版）[M].武汉：武汉大学出版社，2003.