【摘　要】　本文通過(guò)生產(chǎn)項(xiàng)目實(shí)踐，介紹 GPS RTK技術(shù)在數(shù)字化圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用。與傳統(tǒng)控制測(cè)量比較，GPS RTK測(cè)量作業(yè)效率高，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，作業(yè)不受通視條件影響、單站測(cè)量控制范圍廣、操作簡(jiǎn)單，能有效減少了因地形復(fù)雜帶來(lái)的繁重工作量，顯現(xiàn)出RTK的作業(yè)優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】　RTK技術(shù) 工作原理 圖根控制測(cè)量

　　1 引言

　　常規(guī)的GPS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分（Real - time kinematic）方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹 GPS RTK技術(shù)在數(shù)字化圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用，供讀者參考。

　　2 RTK基本工作原理
　　RTK（Real Time Kinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，是以載波相位觀測(cè)為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS（RTDGPS）技術(shù)，它是測(cè)量技術(shù)發(fā)展里程中的一個(gè)突破，它由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、 流動(dòng)站接收機(jī)三部分組成。

　　RTK基本工作原理：在已知高等級(jí)點(diǎn)上（基準(zhǔn)站）安置1臺(tái)接收機(jī)為參考站， 對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)站信息，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度（即基準(zhǔn)站和流動(dòng)站坐標(biāo)差△X、△Y、△H，加上基準(zhǔn)坐標(biāo)得到的每個(gè)點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)X、Y和海拔高H）。

　　3 RTK圖根控制測(cè)量
　　傳統(tǒng)的圖根控制測(cè)量采用導(dǎo)線（網(wǎng)）方法來(lái)施測(cè)，不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，要求點(diǎn)間通視，而且精度分布不均勻，且在外業(yè)不知精度如何，采用常規(guī)的GPS靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)、偽動(dòng)態(tài)方法，在外業(yè)測(cè)設(shè)過(guò)程中不能實(shí)時(shí)知道定位精度，如果測(cè)設(shè)完成后，回到內(nèi)業(yè)處理后發(fā)現(xiàn)精度不合要求，還必須返測(cè)。

　　利用RTK進(jìn)行控制測(cè)量不受天氣、地形、通視等條件的限制，控制測(cè)量操作簡(jiǎn)便、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，工作效率比傳統(tǒng)方法提高數(shù)倍，大大節(jié)省人力，不僅能夠達(dá)到導(dǎo)線測(cè)量的精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問(wèn)題。采用RTK來(lái)進(jìn)行控制測(cè)量，能夠?qū)崟r(shí)知道定位精度，如果點(diǎn)位精度要求滿足了，用戶就可以停止觀測(cè)了，而且知道觀測(cè)質(zhì)量如何，這樣可以大大提高作業(yè)效率。

　　RTK圖根控制測(cè)量簡(jiǎn)單的作業(yè)流程圖：

　　3.1 收集測(cè)區(qū)控制成果，含控制點(diǎn)的坐標(biāo)，等級(jí)，中央子午線，坐標(biāo)系及控制點(diǎn)是屬常規(guī)控制網(wǎng)還是GPS控制網(wǎng)。

　　3.2 求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)，對(duì)于RTK測(cè)量，要求實(shí)時(shí)得出待測(cè)點(diǎn)在實(shí)用坐標(biāo)系（1980西安坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系等）中的坐標(biāo)，因此，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題就顯得尤為重要。實(shí)際需要將GPS觀測(cè)的84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國(guó)家平面坐標(biāo)（如北京54坐標(biāo)）或者工程施工坐標(biāo)。對(duì)于WGS－84到國(guó)家平面坐標(biāo)（如北京54坐標(biāo)）的轉(zhuǎn)換，我們可以采用高斯投影的方法，這時(shí)需要確定WGS84與國(guó)家平面坐標(biāo)（如北京54坐標(biāo)）兩個(gè)大地測(cè)量基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)（三參數(shù)或七參數(shù)），需要定義三維空間直角坐標(biāo)軸的偏移量和（或）旋轉(zhuǎn)角度并確定尺度差。但通常情況下，對(duì)于一定區(qū)域內(nèi)的工程測(cè)量應(yīng)用，我們往往利用以往的控制點(diǎn)成果求取“區(qū)域性”的地方轉(zhuǎn)換參數(shù)。

　　3.2.1 采用已有的靜態(tài)數(shù)據(jù)，直接將控制點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)和國(guó)家平面坐標(biāo)（如北京54坐標(biāo)）或者工程施工坐標(biāo)輸入手簿，利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

　　3.2.2 測(cè)區(qū)只有足夠控制點(diǎn)的地方坐標(biāo)，相對(duì)位置關(guān)系精確，但沒(méi)有WGS－84坐標(biāo)。在這種情況下，我們可以利用RTK測(cè)量方法，以基準(zhǔn)站為起算位置（這個(gè)起算位置的坐標(biāo)由GPS接收機(jī)觀測(cè)確定，是一個(gè)精度有限的大地坐標(biāo)，但它不影響RTK觀測(cè)的相對(duì)位置關(guān)系），確定各控制點(diǎn)之間相對(duì)精確的位置關(guān)系，并實(shí)時(shí)測(cè)定WGS－84大地坐標(biāo)。該方法具體實(shí)施時(shí)可能會(huì)遇到難處，比如控制點(diǎn)的距離太遠(yuǎn)，而RTK的作用距離有限。

　　3.2.3 當(dāng)某些地方無(wú)合適的控制點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)設(shè)置基準(zhǔn)站，也可以采用基準(zhǔn)站任意擺放的方式，即虛擬一個(gè)基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站的WGS-84坐標(biāo)直接從測(cè)量手簿讀取，然后流動(dòng)站再到各個(gè)控制點(diǎn)上去采集WGS-84坐標(biāo)。

　　3.3 選擇基準(zhǔn)站及設(shè)置，GPS RTK定位的數(shù)據(jù)處理過(guò)程是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的單基線處理過(guò)程，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞、無(wú)線電的信號(hào)傳播質(zhì)量好壞對(duì)定位結(jié)果的影響很大，基準(zhǔn)站位置的有利選擇非常重要。RTK測(cè)量中，流動(dòng)站隨著基準(zhǔn)站距離增大，初始化時(shí)間增長(zhǎng)，精度將會(huì)降低，所以流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間距離不能太大，一般不超過(guò)10Km范圍。同時(shí)要考慮基準(zhǔn)站上空無(wú)衛(wèi)星信號(hào)的大面積遮蓋和影響RTK數(shù)據(jù)鏈通訊的無(wú)線電干擾，以及提高基準(zhǔn)站無(wú)線架設(shè)高度。

　　基準(zhǔn)站的設(shè)置含建立項(xiàng)目和坐標(biāo)系統(tǒng)管理、基準(zhǔn)站電臺(tái)頻率選擇、GPS RTK工作方式選擇，基準(zhǔn)站坐標(biāo)輸入、基準(zhǔn)站工作啟動(dòng)等，以上設(shè)置完成后，可以啟動(dòng)GPS RTK基準(zhǔn)站，開(kāi)始測(cè)量并通過(guò)電臺(tái)傳送數(shù)據(jù)。

　　3.4 流動(dòng)站設(shè)置包括建立項(xiàng)目和坐標(biāo)系統(tǒng)管理、流動(dòng)站電臺(tái)頻率選擇、有關(guān)坐標(biāo)的輸入、GPS RTK工作方式選擇，流動(dòng)站工作啟動(dòng)等。以上設(shè)置完成后，可以啟動(dòng)GPS RTK流動(dòng)站，開(kāi)始測(cè)量作業(yè)。

　　3.5 測(cè)量前的質(zhì)量檢查，為了保證RTK的實(shí)測(cè)精度和可靠性，必須進(jìn)行已知點(diǎn)的檢核，避免出現(xiàn)作業(yè)盲點(diǎn)。研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%， RTK比靜態(tài)GPS還多出一些誤差因素如數(shù)據(jù)鏈傳輸誤差等。因此，和GPS靜態(tài)測(cè)量相比，RTK測(cè)量更容易出錯(cuò)，必須進(jìn)行質(zhì)量控制。我們一般采用了以下兩種方法：（1）已知點(diǎn)檢核比較法——用RTK測(cè)出已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題即采取措施改正。（2）重測(cè)比較法——每次初始化成功后，先重測(cè)1-2個(gè)已測(cè)過(guò)的RTK點(diǎn)或高精度控制點(diǎn)，確認(rèn)無(wú)誤后才進(jìn)行RTK測(cè)量。最可靠的是已知點(diǎn)檢核比較法，但控制點(diǎn)的數(shù)量總是有限的，所以沒(méi)有控制點(diǎn)的地方需要用重測(cè)比較法來(lái)檢驗(yàn)測(cè)量成果。

　　經(jīng)過(guò)以上已知點(diǎn)的檢核后，符合要求后開(kāi)始作業(yè)。

　　3.6 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)傳輸就是在接收機(jī)與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。GPS RTK測(cè)量數(shù)據(jù)處理相對(duì)于GPS靜態(tài)測(cè)量簡(jiǎn)單得多，如用TGO軟件處理接收機(jī)導(dǎo)入的測(cè)量數(shù)據(jù)（*.dc），直接可以將坐標(biāo)值以文件的形式輸出和打印，得到控制點(diǎn)成果。

　　4 工程應(yīng)用及精度分析
　　我們?cè)谕瓿蓮V州市蘿崗測(cè)區(qū)1：500數(shù)字化地形測(cè)量中（面積約17平方公里）用GPS RTK進(jìn)行圖根控制。為了檢驗(yàn)RTK控制點(diǎn)的實(shí)際精度，RTK測(cè)量結(jié)束后，我們用全站儀（2〞）對(duì)部分相互通視的點(diǎn)實(shí)測(cè)的邊長(zhǎng)、高差與測(cè)量坐標(biāo)反算邊長(zhǎng)、高差比較，最大邊長(zhǎng)較差0.018米，最小邊長(zhǎng)較差0.001米，邊長(zhǎng)間距中誤差為0.007米，高差（△H）最大較差為0.053米，最小為0.000米。結(jié)果表明所測(cè)點(diǎn)精度良好。可以看出， RTK實(shí)測(cè)精度完全符合導(dǎo)線測(cè)量精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問(wèn)題。

　　5 體會(huì)
　　與傳統(tǒng)的導(dǎo)線測(cè)量比較，RTK圖根控制測(cè)量自動(dòng)化程度高，實(shí)時(shí)提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的成果資料，無(wú)需數(shù)據(jù)后處理。擁有彼此不通視條件下遠(yuǎn)距離傳遞三維坐標(biāo)的優(yōu)勢(shì)，并且不像導(dǎo)線測(cè)量那樣產(chǎn)生誤差累積，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠。操作簡(jiǎn)單，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動(dòng)效率。可以說(shuō)GPS RTK技術(shù)非常適合大規(guī)模的數(shù)字化地形圖測(cè)量。