多基准站RTK技术在城市道路工程测量中的应用实践

杨明光，张想平

（兰州市城市建设设计院，甘肃兰州 730030）

一、引 言

在现代测量中，RTK技术的应用越来越广泛，尤其是在城市道路工程测量方面。由于该技术具有点与点之间不需要通视，可大幅度提高工作效率、节省成本和劳动力等优点，在一、二、三级平面控制及图根控制测量、碎部测量、道路中线放样等方面得到了广泛的应用。然而在实际应用中，现代通信和电力设施、林立的高楼、强反射性材料等外部因素的影响，使得RTK作业受到一定的影响，尤其在城市密集的高楼区域进行测量时，主要表现在:①由于现在大多数GPS接收机使用内置接收、发射电台，发射电台功率小，数据链传输不稳健，基准站距离流动站稍远，流动站就无法获得稳定的基准站传输信号或无法获取公共卫星；②受多路径效应等因素的干扰，长时间无法获得固定解；③ 视空高度角大，无法接收到足够的卫星或卫星失锁等。近几年发展起来的多基准站RTK技术能够弥补常规RTK技术的这些缺点，与其相比，多基准站RTK技术能够在城市道路工程测量中发挥出更大的技术优势。

二、多基准站RTK技术

1.多基准站RTK技术的定义和工作原理

所谓多基准站RTK技术，就是指在一定区域内建立多个基准站，对该地区构成网状覆盖，进行连续跟踪观测，通过这些站点组成卫星定位观测值的网络解算，获取覆盖该地区和某时间段的RTK改正参数，并用于该区域内RTK用户进行实时RTK改正的定位方式。

从多基准站RTK技术的定义可以看出，多基准站RTK技术改变了传统单基准站RTK测量中由流动站接收基准站信号来实现内插定位的模式。其首先由通信网络向数据中心发出服务请求，并将流动站的概略位置传给数据中心，数据中心通过组合离流动站最近的3个基准站网之间的观测数据和误差模型等信息，然后生成一个作业区域内的虚拟基准站，虚拟基准站则将其改正数信息发送给流动站，流动站再结合观测数据实时、精确地解算出其位置坐标和精度指标。由于该技术利用通信技术手段重新将基准站载波相位观测数据和流动站的观测数据进行差分处理，并进行整周模糊度解算，消除了绝大部分的误差，因而其测绘成果更精确，工作效率更高。

2.多基准站技术类型

其实多基准站技术不仅应用在RTK技术中，在静态测量中也有较为广泛的应用。在生产实践中，多基准站技术主要有以下几种应用类型:

1）快速静态多基准站模式。就是将若干台GPS接收机在一段时间里持续固定在某几个固定点上作为基准站进行长时间的观测，另外几台接收机作为流动站在基准站周围同步观测的作业模式。由于这种作业模式在各个基准站之间进行了长时间的同步观测，网结构几何图形强度好，获得的观测成果精度更高。

2）简单的RTK双基准站模式。该模式就是在测区周围比较开阔、信号好、地势高的两个已知点上分别设置基准站，作业时打开电子手簿中设置基准站的菜单，选择多基准站选择框和基准站编号、延迟时间，分别在各个已知点上设置基准站，然后在流动站开始开展作业的测量模式。

3）连续运行卫星定位系统（CORS）。如果构成基准站网的每台接收机是由CORS基站组成，GPS差分数据传输的数据链由公共无线通信网技术传输，则这样的多基准站技术即为CORS技术。CORS技术由若干个连续运行的GPS基准站、数据处理控制中心、数据传输与发射系统和流动站组成，是当前多基准站技术的主要模式，广泛应用于城市规划、测量、国土资源调查、气象预报、水运工程测量、疏浚定位、地质灾害的预报和应急处理等各个领域。

三、应用实例

1.简单的RTK双基准站模式

某工程是2009年度兰州市政府的重点建设工程，线路总长22.55 km，大多数测段处于高楼林立的城市中心，可视卫星较少，采用传统的单基准站RTK技术，有时候长时间无法获得固定解，给道路定测带来了很大的困难。为此，采用TOPCON公司生产的Hiper Gb系列GPS接收机，采用简单的RTK双基准站作业模式，作业时打开电子手簿中设置基准站的菜单，选择多基准站选择框和基准站编号、延迟时间，分别在两个已知点上设置基准站，然后将另外几台接收机设置为流动站，在测区周围进行作业。在该模式中，GPS电子手簿充当了数据处理中心，由于两台基准站和流动站之间形成了简单的RTK技术网络，基准站之间形成了固定基线，两台基准站同时向流动站传输信号，数据链传输相对更稳定，数据解算时即可以择优进行内插解算，也可以双向内插解算，形成叠加效应，因而流动站可以在测点位置信号不好的地方照样能够实现快速定位。通过在已知点的检核中发现，已知点平面最大较差为13 mm，高程最大较差为21 mm，远大于规范中“在控制点上检核，平面位置较差不应大于5 cm”的技术规定，测量成果精度高，工作效率也得到了大幅提升。

2.连续运行卫星定位系统（CORS）

兰州新区是兰州市政府为了加快发展、实现“再造兰州”战略而决定进行大力开发并于2012年8月升级为第5个国家级的新区。从2010年9月开始，为了改善招商引资环境，加快新区建设步伐，纬一路、纬三路、兰秦快速路等一批道路和桥梁工程相继开工建设，道路总长69 km，沿途架设各类桥梁和涵洞39座，总投资85亿元左右。该地区离兰州主城区约70 km，基础测绘资料几乎为零，如果采用常规的RTK技术或采用布设GPS静态控制网并进行水准测量，不仅耗时耗力，而且测绘成果精度难以保证，工期不允许。兰州市连续运行卫星定位服务系统是为进行数字兰州建设而实施的重要的基础地理空间框架服务系统。该系统充分利用现代卫星导航定位技术、计算机技术、数字网络通信技术和现代地球重力场技术，将大地测量基准与高程基准基础设施进行有机结合，构建具有空间位置和高程等属性为一体的统一、高精度、实时的现代测绘基准体系，参考基站系统范围覆盖整个兰州市域，该系统的建成，极大地提升了整个兰州地区基础设施建设的测绘保障服务能力，对城乡规划的信息化、精细化起到积极的促进作用。通过应用该系统，在不到两天的时间里，在整个兰州新区范围内布设D级以上GPS控制点12个，同时由于进行了水准成果精化，使得这12个控制点的GPS高程达到四等水准以上的要求，基本上满足了该地区进行道路桥梁工程测量的需要。

通过GPS方面的各种测量规范和长期的GPS数据平差处理的经验可知，在二维约束平差的报表中，相邻点基线坐标分量改正数ΔX、ΔY的大小是反映已知起算数据精度的重要指标之一。《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314—2009）中明确规定，相邻点基线水平坐标分量改正数不超过10 mm，垂直坐标分量改正数不超过20 mm。为了检验以上12个控制点的成果精度，在以后许多工程项目的静态GPS控制测量中首先选用这12个点中的部分点作为已知起算数据，将其二维约束平差的报表中相邻点基线坐标分量作为衡量这12个点的精度指标，其精度指标均远远高于测量规范中相应等级GPS控制网起算数据的精度要求。

表1为在某大道工程GPS数据平差处理中二维约束平差报表相邻点基线坐标分量改正数ΔX、ΔY的精度指标。

表1 大道二维约束平差报表相邻点基线坐标分量改正数值

续表1

从表1可以看出，相邻点基线坐标分量改正数ΔX、ΔY的精度指标基本达到了C级要求（平面坐标分量不大于10 mm）。

通过连续观测基站（CORS技术）在道路测量中的应用可以发现，同以往静态GPS控制测量相比，CORS技术突出了以下几个技术优势:

1）扩大了流动站与基准站的作业距离（可达到70 km）。

2）对于CORS网络，用户无需架设自己的基准站，费用可大幅度降低。

3）提高了作业效率，由于CORS技术不需要同步观测，同时不需要进行四等水准联测，提高作业效率达30%以上。

4）提高了定位的可靠性，确保了定位质量，测量成果精度高。

四、结束语

多基准站RTK技术的发展与应用代表了GPS技术未来的发展方向。目前，我国已在全国大部分省会城市建立了CORS系统，其中兰州市的CORS系统涵盖了整个兰州市域，并成功通过了国家有关部门的技术验收。作为测绘工程技术人员，应站在科技发展的前沿高度，充分认识到多基站技术在兰州市城市基础设施建设尤其是兰州新区建设中发挥的无可替代的作用，不断探索经验，将这项测绘高新技术应用于生产实践的各个领域，为兰州的城市建设贡献更大的社会效益和经济效益。

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