GPS RTK技術在地形測量中的應用分

1、GPS RTK技術在地形測量中的應用分析劉宗波（甘肅建筑職業(yè)技術學院，甘肅 蘭州 730050）【摘 要】通過對GPS RTK原理分析以及RTK技術在控制測量、數(shù)字測圖等工程中的基本應用，對動態(tài)GPS的特性和使用方法做了闡述，指出了動態(tài)GPS在測量中的重要作用；并對測量精度進行了一定的分析，得出一些有益的結(jié)論和體會?！娟P鍵詞】 RTK技術 流動站 基準站 1 前言GPS（Global Position System）即為全球定位系統(tǒng)的簡稱，它是一套利用美國GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行全天候、全方位的測量定位設備。根據(jù)GPS提供的坐標或坐標演變量精度和方式的不同可以分為毫米級，厘米級，靜態(tài)，動態(tài)后處理

2、，RTK(Real Time Kinematic 實時動態(tài))，RTD(Real Time Differnce 實時差分)等幾種設備分類和測量方式，其中 RTK是一種定位精度比DGPS高100倍的載波相位差分GPS技術。RTK(Real Time Kinematic)技術又稱載波相位動態(tài)實時差分技術，其實時動態(tài)定位技術效率高，可以在作業(yè)現(xiàn)場提供經(jīng)過檢驗的測量成果，能夠在滿足精度的前提下，擺脫后處理的負擔和外業(yè)返工的困擾。目前，該技術已廣泛應用于地形測量、航空攝影測量、地籍測量、房產(chǎn)測量、勘界與撥地測量、工程測量等各個領域。本文主要通過一些實例體會來探討RTK技術在工程中的應用。2 基本方法RTK

3、定位通常由1臺基準站接收機和1臺或多臺流動站接收機以及用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娕_組成，在RTK作業(yè)模式下將一些必要的數(shù)據(jù)輸入GPS控制手簿，如基準站的坐標、高程、坐標系轉(zhuǎn)換參數(shù)、水準面擬合參數(shù)等；流動站接收機在若干個待測點上設置?；鶞收九c流動站保持同時跟蹤至少4顆以上的衛(wèi)星，基準站不斷地對可見衛(wèi)星進行觀測，將接收到的衛(wèi)星信號通過電臺發(fā)送給流動站接收機，流動站接收機將采集到的GPS觀測數(shù)據(jù)和基準站發(fā)送來的信號傳輸?shù)娇刂剖植?，組成差分觀測值，進行實時差分及平差處理，實時得出本站的坐標和高程?；鶞收疽话慵茉O在已知點(平面坐標或高程已知)上，點位一般位于測區(qū)中間，視野開闊，周圍無高大的樹木、樓房等建筑物影響，

4、遠離強電磁波發(fā)射源和大面積的水面，如果事先沒有確定地心坐標(WGS-84)與當?shù)刈鴺讼档霓D(zhuǎn)換參數(shù)，也可以將基準站架設在符合上述條件的未知點上。流動站依次設置在待測點上觀測?；鶞收竞土鲃诱就瑫r接收衛(wèi)星信號?；鶞收就ㄟ^連接的電臺將測站坐標、偽距觀測值、載波相位觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和接收機工作狀態(tài)發(fā)送給流動站，流動站接收該信息后與衛(wèi)星信息進行實時差分平差處理，實時得到流動站的三維坐標及其觀測精度信息。系統(tǒng)的顯著特點是GPS測量技術與數(shù)據(jù)傳輸技術組合而成，其數(shù)據(jù)傳輸由無線數(shù)據(jù)鏈完成，數(shù)據(jù)鏈采用UHF頻段，具有可靠、穩(wěn)定和抗干擾能力的優(yōu)點。求解平面轉(zhuǎn)換參數(shù)，至少要聯(lián)測兩個平面坐標點，求解高程轉(zhuǎn)換參數(shù)則需

5、要聯(lián)測三個高程點。為了提高地心坐標系與當?shù)刈鴺讼禂?shù)學模型的擬合程度，進而提高待測點的精度，通常要聯(lián)測盡可能多的已知點，轉(zhuǎn)換參數(shù)的求得通常有兩種方法：充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料，將多個已知點的地心坐標與相應的當?shù)刈鴺溯斎腚娮邮植局?，基準站架設在已知點上實地虛擬聯(lián)測，解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)；基準站架設在已知點或未知點上，流動站依次測量各已知點的地心坐標，將各已知點所對應的當?shù)刈鴺讼档钠矫孀鴺撕透叱梯斎胧植局羞M行點校正，淘汰校正殘差比較大的已知點，從而解算出兩坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。3 RTK測量實例3.1 RTK在控制測量中的應用在某工業(yè)區(qū)5平方公里1:500地形測量中，由于廠礦工業(yè)區(qū)建筑物密，通視困難

6、，采用RTK的技術優(yōu)勢進行測量較為方便。此次測量以工業(yè)廠區(qū)為主，基準站設置在測區(qū)的中部、地勢較高的五層樓樓頂，符合基準站的架設條件，與已知點的距離在2.03.0km之間。聯(lián)測四個D級GPS點和三個三、四等水準點，采用兩臺雙頻GPS接收機實時動態(tài)測量模式，流動站用支撐桿豎直。布點時為了方便測圖使用和便于RTK測量等因素，盡量避開高壓線、高大建筑物及高密樹林等因素對RTK測量的影響。實在無法回避的地方，采用增加觀測時間、增加觀測次數(shù)的方法以提高觀測精度。由于GPS并不需要點間通視，不必為通視的原因而搬好幾次站，大大減少了測量時間。流動站僅需一次完成，所以減少了人力、財力。RTK控制測量時，首先用已

7、知控制點建立投影的局部歸化參數(shù)，儀器將直接記錄坐標和高程，查看解算后每個控制點的水平殘差和垂直殘差。本次測量解算出兩坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，水平殘差最大為±2.5cm，垂直殘差最大為±0.6cm。為了提高待測點的觀測精度，將天線設置在對點器上，觀測時間大于20秒，采用不同的時間段進行兩次觀測取平均值；機內(nèi)精度指標預設為點位中誤差±1.5cm，高程中誤差±2.0cm；觀測中，取平面和高程中誤差均小于±1.0cm時進行記錄。RTK點兩次觀測值坐標較差最大值為±2.8cm，最小值為0.3cm?？紤]到兩次觀測采用了同一基準站，觀測條件基本相同，

8、可以將其視為同精度雙觀測值的情況，進而求得觀測值中誤差和平均值中誤差。觀測值中誤差為±0.9cm，平均值中誤差為±0.6cm（±0.9/2）。這說明RTK技術能滿足城市測量規(guī)范中最弱點的點位中誤差(相對于起算點)不大于±5cm的要求。同時，我們采用常規(guī)手段對RTK控制點進行了四等水準測量。平差后，每公里高差中誤差為±4.2mm，最弱點高程中誤差為±6.5mm。在進行RTK平面控制測量的同時，我們也利用RTK技術進行了高程測量。兩次RTK高程測量的成果高程較差最大為-4.7cm，最小為0cm.觀測值中誤差為±1.4cm，平均值

9、中誤差為±1.0cm。四等水準測量與RTK高程測量成果較差高程較差最大為-4.8cm，最小為-0.1cm，高程較差中誤差為±2.3cm。如果四等水準網(wǎng)高程中誤差取±2.0cm，RTK高程測量的中誤差采用其預設精度±2.0cm，則利用誤差傳播定律可以得到高程較差理論中誤差為±2.8cm，高程較差允許誤差為±5.6cm?？梢娗蟮玫母叱梯^差中誤差小于高程較差理論中誤差。根據(jù)實際經(jīng)驗，由RTK測量的高程計算出的相鄰高差受相鄰點間的長度影響較小，高差精度主要與四等水準測段長度有關。利用高差較差參照不同精度雙觀測值情況計算出高差較差單位(每公里)

10、中誤差為±1.89cm。如果RTK高程測量的中誤差采用其預設精度±2.0cm，四等水準高差中誤差取±1.0cm，得高差較差理論單位中誤差為±3.0cm。顯然，計算的高差較差單位中誤差小于高差較差理論單位中誤差，證明RTK高程測量能夠滿足城市測量規(guī)范對四等水準網(wǎng)的精度要求。3.2 RTK在數(shù)字測圖中的應用利用RTK快速定位和實時得到坐標結(jié)果的特點，可以進行地形的碎部測量來代替常規(guī)的數(shù)字測圖。以1臺GPS基準站，另一臺或幾臺移動的GPS接收機分別開始進行碎部點測量。地形點的測量可以在數(shù)據(jù)采集的功能下進行，也可以根據(jù)現(xiàn)場地形的實際情況進行測量設定，在測量管道中

11、心線或道路邊線時可以設定按距離進行采集，距離可以人為設定；在勻速運動測量的過程中，可以設定按時間采集，時間間隔也可人為設定。采集完將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為“點號，東坐標，北坐標，高程”形式，保存到硬盤，使用Cass軟件經(jīng)過成圖處理，生成數(shù)字化地形圖。地形點的采集可以單人作業(yè)，在建筑區(qū)內(nèi)較為開闊的區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)RTK的采點速度相當快，由于初始化速度快(小于30s)，并且在線運動過程中不失鎖，每個碎部點采集時間不超過2s(含點位代碼輸人)，因此，采點速度幾乎等于走路的速度，可以充分發(fā)揮RTK快速高精度定位的優(yōu)勢。也可以在作業(yè)中采用RTK測量模式的優(yōu)勢，準確快速地建立圖根控制點，在圖根控制點上由全站

12、儀配合電子手簿進行碎部點的數(shù)據(jù)采集。該法不像常規(guī)圖根導線測量那么煩瑣，受地形的限制，也不用支儀器設站，從而減少了因多次設站帶來的測量累計誤差，提高了全站儀碎部點采點的點位絕對精度，使地形測量方便快捷，大大提高了地形測量的工作效率。在地形圖、地籍圖等的測量應用中，均取得了很好的效果。4 動態(tài)RTK測量的流程如下：5 幾點認識5.1 通過對以上事例的分析，可以得出RTK技術能夠滿足城市測量中對導線和四等水準測量的要求。由于RTK技術不同于常規(guī)的控制測量，不可能完全用常規(guī)控制測量的技術標準來衡量，尤其是在邊長較短的相鄰點表現(xiàn)比較明顯。RTK技術的測量誤差均勻、獨立，不存在誤差積累,精度可靠程度較高。

13、5.2 RTK技術能夠?qū)崟r地提供測量成果，不需要分級布網(wǎng)，可以大大減少生產(chǎn)成本，減輕作業(yè)員的勞動強度，提高測量速度和企業(yè)效益。5.3 誤差與流動站至基準站的距離成正比，因此解求轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點應分布均勻，覆蓋整個測區(qū)，水平、垂直殘差宜在3.5cm以下。基準站盡可能設置在符合條件的已知點上，這對高程測量尤為重要。5.4 測量過程中，盡可能地檢測一定數(shù)量的測區(qū)內(nèi)和相鄰的控制點，以發(fā)現(xiàn)異常情況，并剔除原控制網(wǎng)的粗差點，便于做好與已有地形圖或工程項目的接邊工作。5.5 測量時需采用一些方法來提高測量精度。如延長測量時間。架設對點器。選擇有利觀測時間。增加觀測次數(shù)或改變基準站等。同精度兩次測量值的較差取

14、3cm以下為宜。5.6 如輔助相應的軟件，RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢。6 結(jié)論6.1 RTK技術操作簡便，靈活方便，工作狀態(tài)穩(wěn)定。能快速、準確地測定圖根點、碎部點的坐標和高程，實時提供精度可達厘米級經(jīng)檢核的三維坐標。與傳統(tǒng)的測圖方法相比，人員少，費用省，效率高。6.2 基準站的選擇對于RTK測量非常重要，它將直接影響到流動站的施測精度和測量速度，應注意二者之間的“準光學通視”。6.3 應根據(jù)測區(qū)的實際情況選擇合適的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)求解方法，參與坐標轉(zhuǎn)換的已知點應在3個以上，且分布要均勻，做到在滿足精度要求的情況下，盡可能的減少外業(yè)的工作強度。6.4在城市地形測量中，

15、GPS一RTK技術可以替代全站儀進行圖根導線測量，所測范圍內(nèi)在不通視的條件下測定無累積誤差的圖根點，使測圖所需圖根點的數(shù)量在滿足要求時，可多可少，機動靈活；而且移動點至基準點的距離可以很長(最好不要超過10 km)。6.5在城市空曠地區(qū)，建筑物不太稠密的住宅區(qū)和大馬路上，RTK能快速地完成碎部測量作業(yè)。在夜間作業(yè)，比常規(guī)測量作業(yè)方法更具優(yōu)越性。6.6在個別高大建筑物或建筑稠密地區(qū)，GPS出現(xiàn)盲區(qū)，初始化時間長或失鎖，影響碎部測量速度，可采用RTK增補圖根導線點，配合全站儀測量碎部點的方法，從而快速地完成野外作業(yè)，也可以大大提高外業(yè)測圖的工作效率，進而達到縮短工期，節(jié)約成本的目的。參考文獻1 孔

16、祥元，梅是義；控制測量學(上,下)；武漢測繪科技大學出版社；1996年。2 城市測量規(guī)范；CJJ 8-99；建設部頒布；1999年。3 GB 7931-87，1:500,1:1000,1:2000地形圖航測攝影測量外業(yè)規(guī)范S。4 劉大杰，施一民等；全球定位系統(tǒng)（GPS）的原理與數(shù)據(jù)處理M；同濟大學出版社；1996年。5 徐紹銓，張華海，楊志強； GPS測量原理及應用；武漢測繪科技大學出版社；1997年。6武漢測繪科技大學測量平差教研室編著；測量平差基礎；測繪出版社；1996年。Applied analyse of GPS(Global Position System)RTK(Real Time

17、 Kinematic) in relief surveyLIU Zong-bo(Gansu Construction Vocational Technical College,Lanzhou 730050)【summary】This paper analyzes the principles of GPS(Global Position System)RTK(Real Time Kinematic), the basic application of RTK technology in control survey and digital mapping and other projects,and