利用GPS-RTK测量作业应注意事项及措施

王历明，尚飞艳，郭俊强，龚真春，李国营

（61243部队，甘肃 兰州730020）

利用GPS-RTK测量作业应注意事项及措施

王历明，尚飞艳，郭俊强，龚真春△，李国营

（61243部队，甘肃 兰州730020）

简要介绍了GPS-RTK测量的基本原理、构成和误差源。结合几年来利用GPS-RTK进行作业的实践经验，以其在“兰-银”输油输气管线测量中的高效、成功应用为例，分析比较了其优势和不足，归纳总结了采用GPS-RTK作业时应注意的一些事项及相应的对策措施，对实际作业有一定的参考和借鉴价值。

GPS-RTK；测量作业；注意事项；应对措施

常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK(Real Time Kinematic)技术采用了载波相位动态实时差分方法，是一种将GPS与数传技术相结合，实时进行数据处理解算，在1～2s的时间里能得到高精度位置信息的测量技术[1]。这项技术一经问世，便极大地拓展了GPS的使用空间，目前已被广泛运用于工程测量、地形测图、变形监测和实时导航定位等方面，极大地提高了外业作业效率，是GPS应用的重大里程碑[2]。

本文结合几年来利用GPS-RTK进行作业的实践经验，如军用土地第二次调查、“兰-银”输油输气管线测量、军用机场测量和小范围大比例尺地形图快速测制等任务。在简述GPS-RTK系统组成、测量原理和定位误差源的基础上，以“兰-银”输油输气管线测量任务为例，比较分析了其优势和不足，归纳总结了作业时的一些注意事项及相应的对策措施。

1 RTK系统的基本原理、组成和误差源

RTK的基本工作原理是将一台接收机置于参考站中，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上。参考站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，参考站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，就得到GPS差分改正值，然后，将这个改正值通过无线电数据链及时传递给共视卫星的流动站，精化其GPS观测值，从而得到流动站较精确的3维坐标和测量精度[3]。RTK由基准站、流动站和无线电数据链三部分组成。

RTK定位的误差一般分为三类[4]：

1)与GPS卫星和RTK仪器有关的误差：包括GPS卫星轨道误差、钟误差、RTK天线相位中心变化等。

2)与信号传播有关的误差：包括大气延迟误差、对流层误差、多路径效应、信号干扰等。

3)与操作人员有关的误差：包括转换参数引起的误差、基准站与流动站之间的距离、基准站与流动站操作人员的误差等。这三部分误差可统称为GPS-RTK定位误差，由系统的控制终端（如掌上机）实时显示。而作为用户最关心的是其定位的平面和高程两方面精度。

2 GPS-RTK技术应用实例

2.1 工程概况

2009年至2010年，受中国天然气公司委托，我部承担了西气东输兰州至银川段的管线测量任务。管线全长约400km，任务要求完成20个阀(泵)室D级GPS点测量、487个管线特征点测量和200km的1∶2000管线带状图测制任务。由于工期要求紧，在考虑测量点位较多和仅用传统测量方法不能及时完成的实际情况下，作业时采用了基于GPS连续运行基准站方法进行D级GPS控制点测量，用RTK技术进行管线特征点测量，RTK与全站仪相结合的方法来进行管线带状图测制。

2.2 所用作业仪器设备

作业所用仪器为南方公司生产灵锐S86型3

△通讯作者：龚真春（1973-），男，甘肃景泰人，高级工程师，主要从事大地测量和GNSS导航定位方面的研究。

台（套）双频GPS接收机和3台全站仪。其中GPS接收机性能指标为[5]：静态平面精度±3mm＋1ppm，高程精度±5mm＋1ppm，静态作用距离优于100km；RTK平面精度±1cm＋1ppm，高程精度±2cm＋1ppm，RTK作用距离：优于10公里，RTK初始化时间：典型15秒。全站仪为俫卡TPS1202：测角精度：2"，测距精度(2mm＋2ppm×D)。

2.3 测量方法及作业流程

“兰－银”输油输气管线测量任务的作业方法及流程如图1所示。

图1 “兰－银”输油输气管线测量作业流程

1)基于GPS连续运行基准站作业模式进行D级GPS控制点测量。采用基于GPS连续运行基准站的作业模式时，野外作业小组独立测量，不需要与其他作业小组同步观测构成同步区，减轻了外业组织的工作量，大大提高了作业效率和成果解算精度。获取20个阀(泵)室D级点平面及高程准确成果后，进行后续的管线特征点测量、带状图测制。

2)利用RTK技术进行管线特征点测量。将D级GPS点作为RTK参考站，超过作业距离时，通过静态测量增设临时基准站。利用RTK技术进行管线特征点测量，数据处理采用南方灵锐自带解算软件“工程之星”进行处理。

3)管线带状图测制。在进行管线数字测图时，在地势开阔、GPS信号强的区域内，用RTK接收机采集碎部点；在有遮挡GPS卫星信号的接收和影响数据链传输地带时，采用全站仪完成碎部点测量。

依据上述测量方法和作业流程，虽然在作业过程中遇到了一些问题，但经过作业人员及时而有效的解决，最终按期完成了任务，所测成果一次性通过验收并上交。

3 RTK技术测量作业的优势与不足

3.1 RTK测量作业的优势

工程应用实践表明，采用RTK技术进行作业，具有以下主要优点[6]：

1)作业效率高。例如在地形条件良好的情况下，高质量的RTK设站一次至少可测完5km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，进行碎部点测量时，每个点上只需测量3～5s，节省人力和时间，大大提高了作业速度和效率。

2)定位精度高，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件，在其作业半径范围内，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级，且不存在误差积累。

3)全天候作业。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只需要满足数据传输和对空通视的要求，因此和传统测量相比，RTK技术作业受限因素少，几乎可以全天候作业。

4)RTK作业自动化、集成化程度高。RTK可胜任各种测绘外业，流动站配备高效手持操作手簿，内置专业软件可自动实现多种测绘功能，减少人为误差，保证作业精度。

3.2 RTK技术的缺点

虽然RTK技术有着常规仪器所不能具备的优点，但却存在以下几方面不足，使得其在应用中受到限制，主要表现为：

1)用户需要架设本地的参考站。

2)误差随距离增长。

3)误差的增长使流动站和参考站间的距离受到限制，作业距离一般小于15km，随仪器性能、电台功率大小而不同。

4)可靠性不能达到100%。RTK确定整周模糊度的可靠性为95%～99%，在稳定性方面不及全站仪，这是由于RTK较容易受卫星状况、电离层状况、数据链传输状况等影响的缘故[7]。

4 RTK作业应注意的事项及应对措施

虽然RTK有如上所述的缺点，但其优点远远大于缺点，且有些优点是常规测量方法所不能比拟的。针对RTK技术的缺点，结合作业经验，归纳总结

出以下应注意的事项及应对措施，以弥补RTK技术的不足，提高作业效率。

1)准备充分，摸清仪器特性。通过在各种条件下反复试验，摸清仪器各种特性，如能否达到标称精度，在各种条件下的测量误差、作业半径、初始化能力及所耗时间，摸仪器的稳定性等等，以便应用时得心应手。

2)注重基准位置的选择。基准站尽量设置在点位较高的控制点上，以利于接收卫星信号和数据链信号，控制点间距离应小于RTK有效作业半径的2/ 3倍。为方便对RTK测量成果进行控制检核和避免出现作业盲点，应在测区内环境不良地区增设一些控制点，控制点的选点还要避免无线电干扰和多路径效应。

3)确保测区坐标转换参数的正确、可靠。转换参数的好坏直接影响RTK的测量精度，用于求取转换参数的控制点的精度及分布是影响定位精度很重要的一环。一般要求是：控制点在测区内要均匀分布，对于较大范围的测区，应进行转换参数分区求解，且区与区之间要有适当的重合点；其次是控制点在测区内要均匀分布，平面起算点要5个以上，高程起算点要7个以上，目的是拟合出高精度的水准面。

4)假值问题。用RTK作业要求必须初始化成功后，即解的类型为固定解 （Fixed），而不是浮点解(Floated)，才能进行作业。但由于受卫星、接受时间、处理软件、环境因素等各方面影响，有时在固定解的情况下进行作业，但事后经检核发现，同一个设计点，平面位置误差可达20cm，高程误差50cm甚至更大。一般情况下，防止假值出现的办法主要有：①每日作业前，复测两个以上的首级控制点来检验；②初始化丢失后，重新初始化后要复测两个首级控制点来检验；③作业注意高程值，看是否与实际相符，有无出现异常高程值，通常出现假值时，高程变化较大；④室内处理数据时，发现有高程变化异常的点，第二天应去复查这些点。

5)合理选择作业时间。通过下载星历文件了解测区的卫星分布情况，编制可行的作业计划，尽量避开卫星信号盲区和电离层干扰大的时段，以避免无必要的返工。

6)RTK测量困难地区，选择合理的作业流程。在山区和树林较密的地方使用RTK作业，主要表现为收不到基准站信号或时有时无，初始化较慢且易丢失、测量用时较长和精度不高等。对于此类问题，解决办法主要有：①选好基准点，要开阔，电台功率调到最大，电台天线尽可能架高；②把流动站天线架高；③使用电台中继站；④架双基准站工作；⑤联合全站仪作业，充分发挥RTK与全站仪的各自优势。

5 结束语

GPS-RTK技术相比常规测量及静态GPS测量来说，其作业效率和精度大大提高。目前选择精度高、抗干扰性强的RTK仪器，并通过全面的质量保证措施，能得到更加稳定可靠的高精度成果。同时，充分利用RTK协同全站仪联合作业的方式，发挥出各自优势，能克服不良天气、地形限制、作业半径及工序过多等弊端，达到提高作业效率，加快施工进度，保证成果质量，节省人力物力等目的。本文结合工作实践，对采用GPS-RTK技术进行作业进行了一些归纳和总结，以供实际作业参考和借鉴。

[1]徐绍铨,张华海,杨志强.GPS测量原理与应用[M].武汉∶武汉大学出版社,2008.

[2]龚真春,陈宏伟,张晓博等.GPS-RTK联合全站仪在沿黄公路施工放样中的应用[J].测绘空间与地理信息,2015, 38（11）∶137-138.

[3]黄俊华,陈文森.连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用[M].北京∶科学出版社,2009.

[4]林和忠.RTK技术的误差分析与处理[J].北京测绘,2005,（4）∶14-15.

[5]灵锐S86产品手册[M].南方测绘仪器有限公司,2007.

[6]余小龙,胡学奎.GPS RTK技术的优缺点及发展前景[J].测绘通报,2007（10）∶40-41.

[7]孟灵飞.网络RTK技术分析与应用研究[D].辽宁工程技术大学硕士论文,2013.

p631.82