实时载波相位差分ＧＰＳ技术及在地籍测绘中的应用

崔贵权

摘要：GPS测量技术的不断发展，极大地促进了地籍测绘工作的进步，大大提高了地籍测绘的工作效率、拓广了地籍测绘的服务范围。本文介绍了GPS定位技术的新方法——RTK技术，并研究了RTK技术在地籍测绘中的应用。

关键词：GPS；RTK技术；地籍测绘

1 引言

GPS技术作为提供精确三维位置的工具，在地籍测绘中主要是用于地籍控制测量、地籍图测绘和土地动态监测。对应的GPS测量方式有经典静态测量、快速静态测量、常规差分GPS、广域差分GPS、事后差分GPS、实时动态定位(RTK)。

RTK是Real-Time Kinematic的英文缩写，是实时载波相位差分GPS技术，它是GPS测量技术与数据传输技术相结合，而构成的组合系统，是GPS测量技术发展中一个新的突破。

2 RTK技术

在RTK测量技术出现之前，其它的精密定位技术，如经典静态、快速静态等，数据的处理采取后处理方法，这些模式无法实时给出观测站的定位结果，也无法及时检核数据质量和测量成果是否合格，如果事后发现成果不合格，需要返工重测。为了减少返工重测的情况发生，外业时总是延长观测时间，以获取大量的多余观测量，来保证测量结果的可靠性。显然，这样必然降低GPS测量的工作效率。

2.1 RTK测量系统的构成

（1）GPS接收设备

至少两套GPS接收设备，如GPS接收机、GPS天线、电池等，分别安置在参考站和流动站。参考站的坐标必须己知，尽量选择在测区中央地势较高处，视野开阔。一参考站应连续跟踪全部可见卫星，并将观测数据通过数据传输系统，实时发送给附近用户.参考站的数据采样率应与用户的相一致，如果有多个用户，参考站的采样率应与用户中最高的相一致。

（2）数据传输系统

数据传输系统也称数据通讯链，由参考站的发射设备和用户端的接收设备组成，它是RTK系统中的关键设备，其频率和功率的选择取决于参考站和用户之间的距离。数据传输链作用的范围受到外部环境的影响，如密集的障碍物、强信号干扰等;在不同地区，同一套RTK测量系统，能够传输的距离并不相同，如在城市地区，一般的RTK系统正常的工作范围是5公里左右，但是，在平原地区和海上，工作的范围可以拓展到20公里左右。现在，大部分的GPS商家已经推出了商用的RTK测量系统，如TRIMBLE, LEICA等，各厂家使用的数据通讯链不同，发射的功率各异，作用的范围也不尽相同。所以，在地籍测绘中使用RTK测量系统，必须根据厂商的设定，在有效覆盖范围内工作。

（3）软件系统

包括作业模式的选择、GPS基线快速解算、解算结果质量的分析与评价、坐标系统的转换、结果的显示与绘图等基本功能。它是RTK系统测量结果的精确性和可靠性的基础。

根据用户实际工作的要求，目前实时动态测量采用的作业方式主要有:

a.快速静态:在城市或大区域的控制测量或工程测量中，要求定位的精度达到1-2厘米，这就要求RTK测量系统中的用户端在测站上，静止地观测数分钟至数十分钟。在观测过程中，连同接收到的参考站的同步观测数据，实时地计算用户的位置。如果解算结果的变化趋于稳定，且精度己经满足设计要求，便可实时地结束观测，移动到其它测站。这种方式要求在用户站流动过程中，不必保持对GPS卫星的连续跟踪。

b.准动态测量:在地籍碎部测量、线路测量和工程放样等，要求达到厘米级定位精度，可以采用准动态测量方式。准动态测量要求用户在观测工作开始，首先在某一起始点静止地观测数分钟，以便确定整周模糊度参数。一旦整周模糊度固定，可以开始流动测量工作，即在每个观测站上，静止地观测数历元，就能实时计算出厘米级的流动站三维坐标。这种方式要求用户站在流动过程中，必须保持对GPS卫星的连续跟踪，一旦发生失锁，便需重新进行初始化工作。

c.动态测量:在道路中线测量、航线测量和运动目标的精密导航定位中，要求实时得到观测时刻接收机的位置，可以采用动态测量方式。在陆上，可以先初始化后，再连续流动测量，确定每个采样点的空间位置，一旦出现失锁，在失锁点重新初始化，再继续测量。在海上和空中，可以采用动态初始化(Ambiguity ResolutionOn-the-Fly——AROF)技术，重新完成初始化工作。

2.2 RTK测量系统工作原理

在己知位置的参考站上安装一台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时发送给用户观测站：在用户站，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收参考站传输的观测数据，然后实时计算并显示用户站的三维坐标及其精度。RTK测量系统明显减少了冗余观测，缩短了观测时间，提高了工作效率和可靠性。

3 在地籍控制测量中的应用

由于RTK技术具有布点灵活、全天候、速度快、精度高等优点，使其在国内各省市的地籍测绘中得以广泛应用，尤其在地控制测量、地籍碎部测量中的应用。

3.1 在地籍控制测量中的应用

利用GPS技术进行地籍控制测量，不要求通视，这样避免了常规地籍控制测量点位选取的局限条件，没有常规三角网(锁)布设时要求近似等边及精度估算偏低时应加测对角线或增设起始边等繁锁要求，只要使用的GPS仪器精度与地籍控制测量精度相匹配，控制点位的选取符合GPS点位选取要求，那么所布设的GPS网精度就完全能够满足地籍规程要求。

由于GPS定位技术的不断改进和完善，其测绘精度、测绘速度和经济效益，都大大地优于目前的常规控制测量技术，目前，常规静态测量、快速静态测量、RTK技术己经逐步取代常规的测量方式，成为地籍控制测量的主要手段。边长大于15km的长距离GPS基线向量，只能采取常规静态测量方式;边长在10-15km的GPS基线向量，如果观测时刻的卫星很多，外部观测条件好，可以采用快速静态GPS测量模式，否则，建议使用常规静态测量，如果是平原开阔地区，可以尝试RTK模式;边长小于5km的一、二级地籍控制网的基线，优先考虑采用RTK方法，如果设备条件不能满足要求，可以采用快速静态定位方法;边长-lOkm的二、三、四等基本控制网的GPS基线向量，优先采用GPS快速静态定位的方法，设备条件许可和外部观测环境合适，可以使用RTK测量模式。

3.2 在地籍碎部测量中的应用

地籍细部测量和土地勘测定界(含界址点放样)工作中，主要是测定地块(宗地)的位置、形状、数量等重要数据。

由地籍调查规程所知，在地籍平面控制测量基础上的地籍细部测量，对于城镇街坊外围界址点及街坊内明显的界址点间距允许误差为1Ocm，城镇街坊内部隐蔽界址点及村庄内部界址点间距允许误差为15cm。在进行土地征用、土地整理、土地复垦等土地勘测定界工作中，相关规程规定测定或放样界址点坐标的精度为:相对邻近图根点点位中误差及界址线与邻近地物或邻近界线的距离中误差不超过lOcm。因此，利用RTK测量模式能满足上述精度要求。

RTK技术使精度、作业效率、实时性达到了最佳的融合，为地籍碎部测量提供了一种斩新的测量方式。现在许多的土地勘测部门都购置了具有RTK功能的GPS接收系统和相应的数据处理软件，并且取得十分显著的经济效益和社会效益。采用RTK方式进行碎部测量，与全站仪相比，速度快，作业效率高。与全站仪一样，RTK测量单点的时间需要几十秒，但是，它不要求通视，不需要频繁换站，减少了全站仪频繁换站所花的时间，而且可以多个流动站通时工作，在相同的时间内，一台流动站大约是一台全站仪工作效率的1.5倍。

4 在地籍控制测量中的应用

在地籍测绘工作中，许多有效的GPS作业方式并没有得到应用。同时，不同的地籍测绘工作要求不同的定位精度，面对数十种GPS测量模式，这就产生了如何选择合适的GPS测量方式问题，这就要求测绘工作者根据实际情况进行选择和应用。

参考文献

[1]詹长根，“GPS技术在地籍中的应用”2004.(讲稿)

[2]詹长根，“地籍测量学”2001第一版武汉大学出版社

[3]姚连璧、“RTK技术在道路定测中应用的研究”《中国公路学报》2001