网络RTK技术在沈阳城市图根测量中的应用

摘 要：GPS网络RTK技术的优势就是克服了普通RTK测量中测站间距的限制，它的有效距离可以达到几十甚至上百公里，覆盖面广阔，但定位精度仍然可以达到厘米级，可靠性强。这也是CPS网络RTK技术能够很快发展的原因之一。本文基于笔者多年从事工程测量的相关工作经验，以笔者参与的沈阳某工程测量为案例，研究探讨了GPS 网络RTK用于图根控制测量及精度分析的方法，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：GPS RTK 图根控制测量 精度分析 静态GPS

中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0031-02

1 常规RTK与网络RTK

常规RTK（GPS载波相位实时差分技术）定位技术是差分GPS技术的一种应用。随着OTF技术的日益成熟，整周模糊度能够在很短的时间内被精确确定，从而保证了RTK能够在动态环境下，获得cm级甚至mm级的水平定位精度和cm级的高程定位精度。这使得人们对GPS的应用不仅局限于平面定位方面，而且深入到高程领域。然而随着流动站和基准站间间距的增加，这种误差相关性将变得越来越差。轨道偏差项，电离层延迟的残余误差项和对流层延迟的残余误差项都将迅速增加，从而导致难以正确确定整周模糊度，无法获得固定解；定位精度迅速下降，当流动站和基准站间的距离大于50 km时，常规RTK的单历元解一般只能达到分米级的精度。在这种情况下为了获得高精度的定位结果就必须采取一些特殊的方法和措施，于是网络RTK技术便应运而生了。

GPS网络RTK技术的基本原理就是：在一个较为广阔的区域均匀、稀疏的布设若干个（一般至少3个）固定观测站（称为基准站），构成一个基准站网，并以这些基准站中的一个或多个为基准，计算和播发改正信息，对该地区内的卫星定位用户进行实时改正。其原理借鉴了广域差分GPS（Wide Area DGPS，即WADGPS）和具有多个基准站的局域差分GPS（Local Area DGPS，即LADGPS）的基本原理和方法。广域差分GPS采用误差分离技术，将GPS定位中的主要误差源分别加以“模型化”，把伪距误差分离为卫星星历误差、卫星钟差和电离层误差，并产生相应的改正数。用户利用广域差分改正数改正GPS伪距误差，以提高导航定位的精度。局域差分GPS（LADGPS）定位系统则向用户提供综合的DGPS改正信息—观测值改正，而不是提供单个误差源的改正。与广域差分GPS和局域差分GPS不同的是，GPS网络RTK技术通过内插法或线性组合法求得改正数，对载波相位进行改正，而非对伪距或位置进行改正。因为这三种类型的差分定位中，利用载波相位进行的差分定位精度最高。

GPS网络RTK技术的优势就是克服了普通RTK测量中测站间距的限制，它的有效距离可以达到几十甚至上百公里，覆盖面广阔，但定位精度仍然可以达到厘米级，可靠性强。这也是CPS网络RTK技术能够很快发展的原因之一。

2 GPS网络RTK系统的构成

2.1 GPS网络RTK系统的工作过程

首先要在一定的区域（如：一个国家、一个城市或者一个地区）建立永久性的连续运行GPS参考站，通过网络技术（Internet）把它们连接到控制中心，控制中心接收和处理所有参考站的原始观测值，整体平差，消除和减弱轨道误差、电离层和对流层影响以及周跳，建立改正数动态数据库。用户在作业过程中，不需要建立基准站，通过无线网络或移动网络等方式访问控制中心，并把自己的初始位置信息发给控制中心。控制中心根据用户的位置，计算出流动站处的观测值改正数，并通过控制中心播发给流动站用户。用户根据控制中心播发的改正数信息，就可以求得流动站处的精确坐标信息。

根据上述的GPS网络RTK的工作过程，很明显，一个完整的GPS网络RTK系统至少包括了四个部分：基准站网，数据处理中心（或控制中心），数据通信线路以及用户部分。每个组成部分都有它不可替代的作用，也与其它部分相互联系，相互依存。

2.2 GPS网络RTR系统的组成

GPS网络RTK系统有4个基本的组成部分：基准站网、数据处理中心（控制中心）、数据通信线路和用户部分。其中最核心的就是数据处理中心或者控制中心，它包括了GPS网络RTK系统中数据的传输、接收、转换、处理、发送等重要任务。基准站网是由固定的基准站组成的网络，一般一个完整的GPS网络RTK系统至少有3个固定的己知基准控制点（标准的是6个）。数据处理中心也称为控制中心，是整个GPS网络RTK系统的核心部分，由GPS网络RTK软件、计算机、路由器和通讯服务器组成。数据通信线路是整个系统中不可缺少的部分，它担负着联系控制中心与基准站和流动站的重大任务。用户部分也就是流动站部分，由GPS接收机、移动电话和调制解调器等构成。接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心，并接收控制中心的差分信号，生成厘米级的位置信息。这也是GPS网络RTK系统最终要得到的结果。

以上是GPS网络RTK系统四个基本组成部分的简单介绍，它们构成了整个系统的框架和灵魂。

3 GPS网络RTK技术图根控制测量

3.1 图根控制的技术要求

图根控制点即是直接供测图使用的控制点，简称图根点。测定图根点位置的工作，称为图根控制测量。中等城市一般以四等网作为首级控制网。在测图中，要求首级图根点相对于起算三角点的点位误差，在图上应不超过±l mm，相对于地面点的点位误差则不超过±0.1 Nmm（N为测图比例尺分母）。而图根点对于国家三角点的相对误差，又受图根点误差和国家三角点误差的共同影响，为使国家三角点的误差影响可以忽略不计，应使相邻国家三角点的点位误差小于（1/3）×0.1 Nmm。据此可得出不同比例尺测图对相邻三角点点位的精度要求。

根据《城市测量规范》，图根控制网中图根点高程中误差不得大于测图基本等高距的1/10，1/500的等高距为0.5 m，1/1000的等高距为0.5 m或1 m，随着比例尺的减少，等高距可相应的加大。

我们此次测量的基准点选的是静态GPS点，其点位精度是远高于国家四等控制网的精度的，所以采用上面的技术要求是可以对我们的测量点作控制的。

3.2 控制测量实施

下面以沈阳某工程图根控制测量实施为研究背景，分析图根控制测量的实施步骤。

3.2.1 控制网布设及精度测试

如图1，以已知点G3为基准站。

（1）分别在已知点G2，G4，G5上进行连续10 min的RTK观测，计算各点的点位精度。（2）将G2，G4，G5连成三角形，形成一三角网，对测量数据进行角度，边长以及坐标的比较，最后参照图根控制的技术要求评定成果。（3）在 GX、GY、GA、GZ四个未知点上各进行5 min的测量，与已知点形成一导线，并与全站仪三联脚架法测得的成果进行比较，检验其精确度，看RTK可否代替导线测量。通过（1），（2），（3）判断RTK可否代替常规测量方法进行图根控制测量。（4）在信号差的地方选一点CESHI点，进行5 min的连续观测，计算点位精度，评定测量结果，看其精度是否满足图根控制要求。（5）将观测时间分成3 min，5 min，8 min，10 min四个时间段，分别计算其点位精度，并比较找出实用的观测时间。（6）分别采样，采样率分别是3 s和5 s的观测数据，比较其精度，找出实用的采样历元。

3.2.2 测量实施

（1）仪器：此次采用的RTK测量系统由一套基准站和两套流动站组成。基准站主要包括：南方测绘公司生产的S5基准站一套。每套流动站主要包括：南方S82接收机及手簿。

（2）过程。

①启动基准站，确认基准站工作正常，测试网络通信是否正常。②连接好流动站仪器，用手薄设置好流动站信息。准备就绪后开始测量。③启动连续测量模式，设置记录间隔为5S，测最直至任务完成。④重新设置记录间隔为3S，进行若干点的测量。⑤RTK测量完成后，用全站仪在其中几点上进行一附合导线的观测。⑥数据处理。

RTK图根控制测量简单的作业流程图：（图2）。

4 精度分析

表1中Mx，My，Mh为各方向的点位中误差，Mo为总的平面点位中误差，△X，△Y，△H为测量值与已知坐标的偏差（下同）。

通过表1，我们可以看出，绝大多数的方向测量中误差都在1 cm以内，X方向最大误差为0.0120，只有一个超出1 cm；Y方向最大误差为0.0112，有两个超过1 cm。总的平面点位中误差在2 cm以内，最大为0.0164. CESHI点是我们特意选取的测量环境比较差的测试点，其观测误差与其他相比大了许多，但根据图根控制测量的技术要求，其仍然满足1/50。图幅图根控制的精度要求。

G2，G4，G5为已知点，RTK的测量较差中X和Y方向符合的比较好，满足1/500控制的要求，而高程的测量有一些稍稍的偏出，允许值是5 cm，这也是与RTK自身的作业模式有关的。它要求大地高到海拔高的转换必须精确，但我国的高程异常图在有些地区存在较大误差，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的精度也不均匀，这是所测高程出现大偏差的一个原因。其次我们的测量环境也是出现偏差的一个因素。如果提供一个好的测量条件，加上适当的高程修正，在高程方面应该也可达到要求。

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