GPS-RTK在地形测量中的应用与优劣的分析

黄万村

（南宁市东测科技有限公司，广西 南宁530023）

实时动态(RTK)测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术的结合而构成的组合系统。它是GPS定位测量技术的一个新的突破，RTK的基本思路是：在基准站上安置一台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,实时地发送给用户观测站,在用户站上,GPS接收机在接收卫星信号的同时,通过无线接收设备,接收基准台传输的观测数据,然后根据相对定位原理,实时地计算和显示用户站的三维坐标及其精度。

RTK由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成。它不仅能够获取碎部点，也能制作出图根控制点，这样不仅减少了劳动难度，也节约了经费开支。下面就其在测量行业中的应用及存在一些优缺点进行简要的分析。

1 RTK的作业模式

1.1 电台模式

通过架设UHF无线电台，把基准站的差分信号数据传输到流动站，获取流动站的三维坐标。操作简单，初始化速度较快，但在山区、丘陵地带信号受影响较大，覆盖范围小。

1.2 网络模式

使用GSM、GPRS、CDMA等网络替代电台传输基准站差分信号，并连同基准站的同步观测数据，实时地解算流动站的三维坐标。基准站传送数据的范围大，但有些区域存在盲区，网络流量会产生一定的费用。

1.3 CORS模式

CORS连续运行参考站系统，工作原理与常规RTK模式有所不同。它的固定参考站不向流动站发射改正信息，而是将原始数据发送给控制中心，控制中心根据流动站的位置自动选择一组固定基准站，整体改正后将高精度的差分数据发给流动站。CORS模式的作业距离不受限制，无需架设基准站，不需点校正，由于缺乏气象实时数据，利用标准大气对流层模型，对改正数的精度会有所影响。

2 GPS-RTK在地形测量中的主要优点

2.1 实时显示仪器(天线)当前的位置

只要仪器各种数据设定正确，并正常运行时，就可以实时显示仪器所处的地理位置，工作人员可按照所显示的地理位置判断出要设置的物理点所在的方向、距离等具体事项，从而便于指导作业，大大提高了野外测量工作的效率。

2.2 定位精度高

只要位于仪器15km的工作范围内测量，精确可以到厘米级（仪器标称精度一般为10mm+2ppm,根据这样计算,在距参考站15km处相对于参考站的精度为40mm)，这样的精确度可以直接采集碎部点。

2.3 操作方便，容易使用

随着GPS接收机不断改进,自动化程度越来越高,有的已达“傻瓜化”的程度；接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作的工作紧张程度和劳动强度，数据输入、存储、处理、转换和输出能力，能方便快捷地与计算机、其他测量仪器通信。使野外工作变得轻松愉快。

2.4 事先输入测量点坐标,采用导航方式引导放样

根据测线设计方案，将需要放样的物理点导入到GPS动态测量流动站仪器当中,然后通过仪器的导航方法引导，便于迅速找到放样地点,根据仪器的显示数据得知放样地点的具体方向、距离、时间等有效信息,甚至还能知道当前的前进方位和速度。这种方式能够提高实地放样的效率，杜绝出现有些点的漏测现象，确保了测线的全面性。

2.5 作业效率高

在较为平坦的地势情况下，高质量的RTK设站一次就可以一次测量完4km半径的测区，极大减少了常规测量所需的控制点数量和测量仪器搬站的次数，仅需要一人操作，在电磁波环境下几秒钟就可以测量出一点坐标，比如对于地形测量来说，每小组每天正常工作的情况下，一天可以0.8－1.5km的地形图测绘，其精度和效率与常规测量是无法比较的，运作速度快，劳动强度低，节约了野外费用，提高了工作效率。

2.6 降低了作业条件要求

RTK技术不需要满足两点间光学通视，只要满足“电磁波通视”即可，与常规测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。常规测量系统常常受到地形复杂、障碍物较多的影响，只要满足RTK的基本工作条件，它就能进行快速、高精度的定位作业。

2.7 可全天候作业

目前GPS观测可在一天24小时内的任何时间进行，不受一般天气状况的影响，因此，卫星导航定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革；另一方面，也进一步加强了测绘学科和其他学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。

3 GPS-RTK在地形测量中的缺点

3.1 由于反射物的影响,产生多路径效应

若测量区域周围出现大面积的水域时，GPS卫星信号就会通过水面进行反射，GPS接收天线将接收到的信号传入接收机，从而影响GPS测量的精确度,测量结果出现了一些误差。在静态测量过程中,这种误差是可以采取某些方法进行弥补，然而在动态测量过程中，消除这些误差是十分困难的。

3.2 强大电磁场的影响

由于电视台、电台和高压线都会产生强大的电磁场，这对GPS信号产生了严重的干扰,从而降低了GPS测量精度，这是影响GPS测量最大的影响因素,无论是静态测量还是动态测量,要弥补这一干扰造成的误差十分困难。在静态测量中,选点可以避免电磁场的影响，然而在动态测量过程中，因为放样点具有客观性，不能避开电磁场。若发现了这种放样点产生了异常情况，需要立刻采取常规测量方法。

3.3 障碍物遮挡无法测量

由于GPS实时动态测量同时接收两个地方的无线电信号，一个来源于卫星，另一个来源于参考站。卫星接收信号时需要天空广阔，这就要求测点对天通视较好。参考站接收信号时要求测点与参考站之间的发射天线没有被大型障碍物所阻碍。这样的情况下，GPS实时动态测量作业在树林、农村、城市、山间的测量变得十分困难。

3.4 天空环境影响

在白天中午进行GPS测量，信号往往会受到电离层的干扰，卫星接收能力较差，所以初始化时间长或完全不能进行初始化，我们做过试验，在同样的条件和同样的地点上进行RTK测量，上午12点前和下午3点后，RTK测量信号稳定，精度较高。而中午时段，信号较差，不稳定，因此RTK测量也受到作业时间段的制约。

3.5 初始化能力和所需时间

当GPS-RTK位于山区、林区、城镇比较密集的地带开展工作，其卫星信号极易被阻挡，导致仪器失锁、初始化失败，使用RTK常常需要重新初始化，这样必然会影响到测量的精确度和工作速度。如何避免这种情况只有采用初始化能力强、初始化时间段的RTK仪器，若不符合RTK测量的基本需求的情况下，还是应该采取其他测量方法。

3.6 电量不足问题

RTK仪器测量耗电量较大，需要配置了多个大容量电池、电瓶，只有这样才能连续测量，这无疑是限制了那些电力供应不足的偏远地区测量工作的开展。

3.7 精度和稳定性问题

RTK仪器的精确度和稳定性比不上全站仪，尤其是稳定性方面，这是因为RTK受到卫星信号、天气情况、数据传输状况的制约。另外不同质量的RTK系统的精确度和稳定性也存在很大的区别。如何避免这种问题的出现，首先需要挑选精确度高、稳定性好、质量高的机型，然后在设置控制点时多设置一些“多余”的控制点，作为RTK测量最终数据的检核点。

4 RTK的优化方法

4.1 把握仪器特性

在经过了不同环境下反复的实验，掌握了仪器的各种特征，比如是否能够达到要求的精确度，在不同环境下测量误差和测量的半径。另外也要掌握了仪器的稳定性和不同环境下的初始化能力以及所花费的时间等等，有利于在测量过程中得心应手，提高工作的效率。

4.2 设置控制点

将控制点设置在制高点上，并建立基准站，有助于更好地接收卫星信号，控制点的间隔不得超过RTK有效测量半径的2／3倍。为了便于对RTK测量数据进行控制检核以及杜绝产生测量盲点，需要在测量区域内设置一些“多余”的控制点。控制点的选取需要注意避免无线电的干扰，符合有关行业规定，采用具有制约多路径效应的技术，对于无线电和环境不佳的区域进行有关的技术处理。

总之，RTK在地形测量过程中有很多优点，最大程度符合了降低作业难度、增强工作效率，减少设计时间的需求，另外RTK在地形测量中也存在一定的缺点，要通过把握仪器特性和设置控制点的处理措施来克服测量过程中的不足，更好地发挥自身优势。

［1］胡文玉.GPS-RTK技术在道路放线中的应用[J].山西建筑,2006,22.

［2］邢子丰,邢苒苒.GPS-RTK在地形测量中的应用[J].内蒙古水利,2012,4.

［3］陈庆运.GPS-RTK在地形测量中的应用[C]//2010中国矿业科技大会论文集. 2010.