GPS-RTK常用模式在地形测量中的应用及分析

韩 柳，万 亿

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

在测绘领域，GPS 已彻底改变了测绘作业原有的工作方式，而GPS-RTK 技术使测绘工作变得简单并且容易操作，同时还提高了测绘单位的生产效率。因而被广泛地用于图根控制测量、施工放样工程测量及地形测量等应用领域，这是 GPS 定位技术的重大突破。因此，本文在参考相关研究成果的基础上[1-6]，对GPS-RTK 测量电台模式和 CORS 模式区别进行了分析，并对GPS技术在控制测量和高程控制测量方面的应用进行了分析。

1 基本概念

1.1 RTK 的概念

RTK(Real Time Kinematic)技术是 GPS 测量技术与数据传输相结和而构成的实时定位技术。以前的静态测量、快速静态测量、动态测量都须要事后解算才可以获得厘米级的精度，但 RTK 技术它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS 应用的重大突破，RTK 技术的出现为地籍测量、线路放样等各类工程测量带来了新曙光，很大程度上地提高了外业工作效率。

1.2 CORS 的概念

连续运行的参考系统(Continuously Operating Reference System，CORS)是一种以提供卫星导航定位服务为主的多功能服务系统，是建立数字地球(国家、城市等)时必不可少的基础设施。因此，CORS 也称为连续运行的参考站，实际上是一种多功能的连续运行的综合服务系统。

2 对比分析

2.1 实验设备配置对比

RTK 作业需要配备外接电源、外接电台、播发天线、手薄等必要设备，在有些特殊情况下还需要配备中继站来增加信号强度和信号传播距离。前期准备和作业流程相对繁复，CORS 模式作业比前者简单，不需要过多的外接设备。

2.2 作业流程对比

2.2.1 RTK 的作业流程

本次实验采用华测 X90进行，GPS 基站的架设方法主要包括自由站架设基准站和已知点启动基站法，根据实际测量的情况选择相应的架设方法。GPS 的信号传播是以外接天线为中心，成辐射状。根据本测区的地理位置和自然环境情况，本次实验采用自由站架设基准站的方法。现分别介绍如下：

1)自由站架设基准站法。(1)选择架设基准站的地点，尽量选择上空开阔、没有强电磁干扰的地方、多路径误差影响较小的区域，正确的连接好仪器的电线并打开仪器；(2)架设播发天线，将天线接口与电台相连，再将电台与 GPS 相连，将供电设备外接在电台上，给电台和接收机供电；(3)利用手簿启动基准站，在启动基准站时，输入天线高，用 WGS-84 平面坐标启动基准站，并检查电台 TX 灯是否闪烁正常；(4)用手簿连接流动站，在信号强度能达到的情况下，去测三个已知点并将已知点坐标输入手簿中进行点校正，校正并使用坐标后，去第四个点验证误差合格后开始作业。

2)已知点启动基站法。(1)在已知点架设基准站，进行对中、调平；(2)将 GPS 接收机安置在基座上，保持其稳定，量取天线高；(3)架设播发天线，将天线接口与电台相连，再将电台与 GPS 接收机相连，确定接线无误后，将供电设备外接在电台上，为电台和接收机供电；(4)利用手簿启动基准站，输入已知点三维坐标，启动接收机，设置外接电台的发射频率，电台指示灯 TX 一秒闪动一次，若该指示灯出现迟缓或者不规则闪动，说明附近有干扰源，要适当改正发射频率；(5)基准站正常启动后，用手簿连接移动站，将流动站的接受频率设为基准站的发射频率，当移动站上显示接收到基准站信号后，等手簿上显示固定解后开始工作。

2.2.2 CORS 站的作业流程

(1)仪器的架设：在待测点上摆设三脚架，安装配套的基座，对中整平，安置好流动站接收机并开机，取平均值输入仪器高；(2)流动站主机设置，移动站用 CORS 系统时，设置模式为(按下 F 键显示当前模式)，当主机工作模式设置好之后，插入 SIM 卡，手簿连接好主机即可；(3)手薄设置：设置网络参数，输入账号和密码，拨号连接，使流动站接入 CORS 网络系统；(4)确认上述设置无误后，回到软件主界面，点击设置—其他设置—网络重置，进行拨号连接。仪器拨号上网时 STA 灯长亮，DL 的绿灯在闪。拨号后 STA灯灭，第一排的红灯绿灯会间断闪烁。拨号成功后，软件主界面状态栏显示固定解，流动站即可以开始进行测量工作。连接成功后，流动站开始作业。

2.3 实效对比

2.3.1 误差改正参数分析

RTK 测量电台模式进行工作时，基准站与流动站之间的距离大致为几公里到十几公里。在如此的距离情况下，由于卫星至观测站的电磁波传播路径上的大气状况甚为相似，因此基准站与流动站受到的电离层误差、对流层误差影响均可通过差分得以消去。多路径效应是 RTK 测量误差的重要来源，但实际上由于地面可能会有很多反射信号同时进入接收机天线，此时的多路径效应更难以分析减弱。

因此，从对比GPS-RTK 测量电台模式和 CORS 模式误差处理方式角度可以看出，CORS 模式的解算精度更高，并且 CORS 方式下的流动站定位精度分布也比电台模式更加均匀。

2.3.2 精度分析

CORS 模式相对于传统 GPS RTK 来说，精度有了很大的提升。由于传统 GPS RTK的定位精度和可靠性会具有随着流动站与基准站之间距离的增加而降低的特点，并且还具有定位精度和可靠性分布不均匀的特征。经过一些工程案例证明：CORS系统在精度方面具有很好的优越性，主要是因为 CORS 系统具有很好的数据处理模型和完善的数据监控系统。

3 GPS技术控制测量应用

3.1 复测网技术要求

1) GPS测量的主要技术要求见表1和表2。

表1 GPS测量的精度指标

表2 GPS测量主要技术指标

注：当基线长度短于500 m时，一、二、三等边长中误差应小于5 mm，四等边长中误差应小于7.5 mm。

2)高程控制测量技术要求。(1)直返目标的高差，应进行地球曲率和折光差的改正；(2)平差前应计算每千米高差全中误差；(3)各等级高程网，应按照最小二程法进行平差并计算每千米高差全中误差；(4)高程成果取值，应精确至1 mm。

3.2 成果分析

3.2.1 复测网成果

在确认复测网自身精度满足规范要求的前提下，将复测成果与原测成果(设计成果)进行全面对比分析。主要项目和标准如下：

平面控制网复测与原测坐标成果较差的限差应满足规定，不满足限差要求时应当进行再次复核测量，当复核测量仍与设计坐标较差超限时，应当按照“整体控制，分级布设、逐级加密”方式处理坐标，并报监理、设计单位确认。

坐标增量较差精度按照GPS复测相邻点间坐标差之差的相对精度限差进行控制，在超限时，首先分析超限原因，若由于短边造成的超限，原则上不更新原成果，对于由于坐标增量较差绝对值较大引起的超限，应当进行再次复核测量，当复核测量仍与原成果较差超限时，应当根据“整体控制，分级布设、逐级加密”方式处理坐标，并报监理、设计单位确认。

如果出现超限，则超限坐标更新方法：根据《工程测量规范》第42页5.10.2款要求，“当较差超限时，应进行二次复测，查明原因，并采用整体控制，分级布设、逐级加密方法处理成果，提交监理和设计单位确认。”根据对复测成果的分析，应当采用更符合实际情况的坐标。

3.2.2 高程控制测量成果

(1)以相邻普通四等水准点为测段统计往返测高差不符值应满足限差要求，满足时取往返测平均值为测段高差复测成果；(2)以相邻水准点往返测高差不符值统计M△，应满足规范要求；(3)M△合格后再分析测段复测高差与原设计高差之差是否满足限差要求，满足时水准点成果仍采用设计高程，超限时应分析原因并重测； (4)采用同精度内插方法更新成果时应由监理和设计单位确认。

4 结语

(1)GPS-RTK 测量电台模式和 CORS 模式都有各自的特点。在建有 CORS 系统的区域可以优先考虑使用该模式进行测量，但是在无网络信号的条件下，则可以选择 RTK 测量的电台模式进行测量作业。

(2)平面控制网复测与原测坐标成果较差的限差应满足规定，不满足限差要求时应当进行再次复核测量，当复核测量仍与设计坐标较差超限时，应当按照“整体控制，分级布设、逐级加密”方式处理坐标，并报监理、设计单位确认。

[1]李晓亮.CORS系统的构建与应用[D]. 中国地质大学(北京).2014.

[2]周昌举.浅谈GPS RTK测量电台模式与CORS模式的区别[J]. 科技与企业.2013(12):203-203.

[3]黄炜, 胡宝青, 何波涛. CORS网络RTK相对于传统GPS-RTK的优势[J].信息与电脑:理论版.2012(8):163-166.

[4]丁健. CORS系统稳定性与精度测试研究[D].合肥工业大学.2014.

[5]苑庆中, 李莉. GPS在南水北调工程测量中的应用[J]. 地下水.2012.34(5):153-154.

[6]曹杰,林其军. 江苏CORS系统在白马湖湖泊普查中的应用[J]. 江苏水利.2017(1):56-59.