有关ＧＰＳ ＲＴＫ技术在地形测量中的步骤及应用探讨

陈远帆　蔡柳阳　陈　斌

摘要：地形测量首先离不开控制测量。在城市和区域地形测量中，GPS实际上已成为建立平面控制网的一种标准手段。随着差分GPS定位技术的发展与应用。本文介绍了GPS RTK技术在地形测量中的步骤及应用。

关键词：GPSRTK地形测量应用

1 CPS系统和测量方法介绍

1.1 GPS系统包括三大部分：空间部分；GPS卫星星座和地面控制部分。地面监控系统；用户设备部分。GPS信号接收机。

1.1.1 GPS系统的空间部分由21颗卫星组成，均匀分布在6个轨道面上，卫星上安装了精度很高的原子钟，其系统信息能在全球范围内向任意多用户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。

1.1.2 在地形测量中主要是用静态测量来完成控制测量，用RTK来完成碎部测量工作记录点的WGS-84坐标。

1.1.3 GPSRTK可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。

1.1.4 GPSRTK定位的概念：基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，在流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站的坐标差△X、△Y、△Z;坐标差加上基准站坐标得到流动站每个点的WGS-84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标x、y和海拔高程h。这个过程称作GPSRTK定位过程。GPSRTK定位技术主要用于地形测量和工程放样。

1.1.5 GPSRTK数据处理是基准站和流动站之间的单基线处理过程，采用基准站和流动站的载波相位观测值的差分组合载波相位，将动态流动站未知坐标作为随机的未知参数，载波相位的整周模糊度作为非随机未知参数解算。

下面介绍一下GPS布网和基线测量的相关情况。

1.2 准备工作 测量前必须要实地了解测区情况，如点位情况(点的位置，上点的难度等)交通状况等，还需要了解卫星状况的预报评估障碍物对GPS观测可能产生的不良影响。最后依据测点的卫星状况，测量作业的要求以及测区的实际情况确定出具体的布网和作业方案。

首先是完成点的选取和GPS网的布设，然后在此基础上来进行静态控制测量。在进行GPS定位时，认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的。在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由几分钟，几小时，甚至数十小时不等。接收机测得卫星发送的伪距，载波相位等信号的观测值，再将观测值下载到计算机中处理，一般要通过基线处理，网平差，坐标转换和高程转换求出高精度网点坐标。在测量中，静态定位测量方式一般用于高精度测量定位，如主要用于各种等级的大地测量跟踪网、基准网、工程控制网，变形监测网等的测量。

1.3 布网

1.3.1 GPS基线向量网的等级：依据国家测量规范、各行业测量规范、任务要求来定等级。根据我国1992年所颁布的全球定位系统测量规范，GPS基线向量网被分成了A，B，C，D，E5个级别。

1.3.2 GPS布网方案主要取决于工程的具体要求、经费、时间、人力消耗及接收机的数量和后勤保障条件等，在确定布网方案时，应在满足精度要求的前提下，尽可能降低消耗。GPS网一般采用较多的异步闭合环，这就要求接收机多次重复设站，但受交通工具和通讯手段的限制，往往会给实际操作带来很大困难。而且，GPS网中的异步环对提高网平差精度起不到决定性作用，仅能起到多余观测的作用，是剔除粗差的有效手段，但施测中每增加一个环就会增加一次重复设站，就会消耗大量的时间和人力，由于起始点对网平差影响较大，所以在GPS布网时尽量使起始点间形成异步环，其它各点根据实际情况而定，不必一定在异步环中，以节省时间和人力，提高外业工作效率。

1.3.3 GPS基线向量的布网形式。网常用的布网形式有以下几种:跟踪站式、会战式、多基准站式(枢纽点式)、同步图形扩展式，单基准站式。

1.4 外业观测 完成了GPS点的选取和网的设计，就可以开始进行外业观测和数据的采集。具体方法和过程本文不再赘述。

1.5 数据处理 采集的数据均由徕卡公司提供的与徕卡1200配套的LGO(Leica Geo Office)处理软件来处理。由于LGO是一个自动化很强的处理软件，因此用它处理时人工干预很少。对于某些点位的卫星不多，遮挡过多卫星信号时常出现短线情况，这种情况下在做网平差，基线处理时必须稍加干预。在处理这种情况时要注意分析基线的双差残差，观察是哪颗卫星何时的数据超出了误差的限值，如果某个卫星某个时段的双差残差较大，则要在点的卫星窗口里面去除这颗卫星或者是这颗卫星的某个时段，然后再进行处理，如此反复达到要求为止。

2 总结与展望

GPS技术是现代科学技术的结晶。它是卫星技术、微电子技术、计算机技术和天文观测技术等高科技尖端技术的综合产物。GPS技术的出现，给测绘事业带来了广阔的前景。近几年来，GPS技术已为测绘工作者所熟悉。GPS的基本功能是定位、导航和测量，应充分地利用其基本功能为测绘科技服务。

目前，GPS技术已得到广泛地应用，如大地测量、地球动力监测、地球物理勘探、资源勘察、航空与卫星遥感、摄影测量、精密工程测量、工程变形监测、地籍测量、地理信息系统、海洋测绘、水上定位和导航等。

2.1 GPS与常规地形测量比较其特点

2.1.1 测量范围广。边长测程可从几km至上千km，可按需布设控制网，简化加密级别，省去联测过渡点。

2.1.2 测量精度高。现今，生产性作业精度可达1～210-6mm，国外可达零点几10-6mm，可建立比常规测量精度更高的控制网。

2.1.3 各个联测点之间不要求通视，不必建造高规标。

2.1.4 观测自动化程度高。外业用电钮操作，内业用计算机处理数据，作业时间短，效率高。

2.1.5 测量成果可得三维地心坐标，优于常规测量的平面坐标和高程系统分离状况，有利于宇航科学、导弹发射等空间科学的应用。

2.1.6 星座布置完成后，可24h观测，在雨、雾、雪等条件下亦可全天候作业。

2.2 目前GPS技术在测量中存在的问题

2.2.1 GPS测量时至少接收4颗未受干扰的卫星信号。这些信号沿直线传播到接收机的天线，中途不能穿过水、土、墙或任何其它障碍物，这就限制了GPS的应用领域。因而，GPS不能用于潜艇导航，不能进行地下定位和测量。

2.2.2 地面定位时，信号可能被树木、建筑物和桥梁遮挡。因而，在摩天高层建筑的城区街道中，可能接收不到卫星信号。同样，船和飞机本身也可能暂时阻挡卫星信号的接收，从而影响导航定位。

2.2.3 GPS测量时，存在着大量影响精度的因素，主要有：GPS星座的几何构形(几何图形因子)的影响；卫星轨道误差；卫星和接收机的时钟误差；AS与SA措施的影响；电离层折射和对流层折射的影响；信号多路效应和天线相位中心稳定性；接收机噪音和信号清晰度误差以及观测误差等。