GPS-RTK在道路控制测量中的精度讨论

王佳卿，史晓忠 ，储友兵

（上海同济大学测绘与地理信息学院，上海 200092；2.无锡市政设计研究院有限公司，江苏无锡 214072）

1 GPS系统及GPS-RTK技术

1.1 GPS系统

GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统。该系统由空间部分（卫星），控制部分（主控站，监控站，注入站）及用户部分（GPS接收机）组成。20世纪90年代以后,其已被广泛应用于测绘领域并开发出GPS载波相位差分技术（简称RTK定位技术，Rcal Time Kinematic）。

1.2 GPS-RTK技术

RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术。是一种将GPS与数据传输技术相结合，实时解算进行数据处理，在1～2 s的时间内得到高精度相对位置信息的技术。

RTK技术的基本原理是由取点位精度较高的首级控制点作为基准点架设一台接收机作为参考站对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理利用转换参数实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度[3]。

RTK技术具有高工作效率、高定位精度、全天候作业，强数据处理能力等优点[4]。

2 GPS-RTK技术在道路工程中的应用

由于RTK技术具有高工作效率、高定位精度、全天候作业，强数据处理能力等优点。故，现在RTK技术已大量运用于工程测量中，包括道路工程测量。

道路工程测量包括平面、高程控制测量，地形测量，道路中桩及纵横断面测量。整个道路工程中除高程控制测量外，RTK技术可运用于其他各项测量任务中。保证平面控制测量高精度的方法为：运用GPS布设控制网，进行静态测量。但在许多低等级的道路，或市政道路工程中，布设静态GPS控制网或者布设三角网及导线网，往往会消耗大量的人力物力，得不偿失；这就需要一种既方便快捷又能达到施工精度要求的方法——利用RTK技术布设平面控制网便走入了人们的视线。

3 RTK技术在道路控制测量中的精度分析

RTK技术的特性决定了其布设平面控制网的方便、快捷性；但是，利用RTK技术所布设的平面控制网其精度能否达到施工要求，为哪一等级控制网，适用于何种等级道路工程这个问题并没有解决，本文主要探讨的便是这两点。

3.1 影响GPS-RTK精度的要素

RTK技术的精度主要涉及四个方面：（1）GPS接收机的固定精度。（2）WGS84与地方坐标系统之间的转换参数。（3）GPS使用时外部观测条件。（4）基准点精度[2]。

（1）GPS接收机的固定精度。无锡市政设计研究院测量队使用的是LEICA公司生产的SR530及ATX1230两种型号的GPS接收机，其精度等级为±10 mm±1 ppm×D动态，测距精度为1×0.000 001，精度已达到布设A级GPS控制网精度要求。

（2）WGS84坐标系统与地方坐标系统之间的转换参数。测量队利用均匀布设于无锡市的B级GPS控制点32个，通过LEICA Geo Office Combined建立起无锡城市坐标系统与WGS84坐标系统之间的转换参数。其转换参数精度见图1所示。

图1 基准/投影残差柱状图

（3）GPS的外部使用条件。GPS接收机受外界干扰比较大，遇到对空条件，电离层较厚、卫星条件较差、镜面反射源较多较强及附近有高压电线或强磁场时GPS接收机会产生周跳或失锁。在这种情况下可能会产生错误的测量数据。对此，利用手机通讯传输数据信号（移动站与基准站间数据），传输能力强，受干扰小。

（4）RTK基准点的精度。测量队使用的为无锡测绘院建立的无锡本地CORS系统（单基准站），采用的基站点为无锡市测绘院楼顶的E级GPS控制点。

3.2 GPS-RTK精度的实际检验及应用

测量队接到无锡市滨湖区太湖大道改造工程的控制测量任务，利用这个任务测量队对RTK的精度进行了实际的检验。

3.2.1 E级GPS网的测设

（1）适当范围内选取GPS控制点，布设GPS控制网制定内外业测量计划书。所布设的GPS网型见图2所示。

图2 太湖大道改建GPS网示意图

（2）GPS观测时执行技术指标[1]：

a.同步观测健康卫星数≥5；

b.几何图形强度因子≤6；

c.卫星截止高度角≥15°；

d.观测时段长度≥15 min；

e.平均重复设站次数≥2；

f.历元采样间隔5 s；

g.天线对中精度：≤±2 mm；

h.天线高在观测前、后各量测一次，取均值作为天线高。

（3）GPS控制网内业解算及其精度：

在该项GPS控制测量中，采用了LEICA测量仪器公司提供GPS后处理软件LGO6.0进行基线的解算。基线解算成果如表1所列。

表1 太湖大道改造工程项目中的GPS部分基线解算表

基线质量分析见表2所列。

表2 基线质量分析表

由以上所述可知，该项太湖大道GPS控制点解算成果达到E级GPS控制点精度要求。

3.2.2 RTK测量及数据对比

3.2.2.1 RTK测量控制点

测量队在利用RTK测量时期3D精度始终保持在0.01—0.03之间，测量时期天气状况为晴好，GPS接收机接收到的卫星大于6颗，且所测控制点均为埋设在对空条件良好，无反射源及反射源较少的开阔地，每一控制点均在不同时间段反复测量三遍取平均值。

3.2.2.2 数据对比及精度分析

设静态成果为真值，与RTK成果进行相减分析RTK数据与静态成果的差值大小。

GPS控制点静态成果与RTK成果对比见表3所列。

由表3可知：RTK测量成果与GPS静态成果最大相差为东坐标±5 cm，北坐标±5 cm。即，在条件较好的情况下，利用RTK测量，其误差可以固定在一个较小的范围内，也就是说RTK拥有较小而稳定的误差。

综合多次工作经验及该项实验证明：在测量误差稳定的情况下，只要保持相邻控制点在一定的距离内，则其精度便可达到市政道路的要求。在太湖大道改造工程中测量队按E级GPS网布设控制点，其最弱边距离中误差≤1/100000， 测量队利用RTK技术所得成果于GPS静态成果对比，其测距中误差最大为1/70000，基线长为500 m。而二级导线中要求测距中误差为≤1/14000，以该项太湖大道静态所测数据为真值在以上精度下，只要距离达到180 m以上便能达到二级导线要求。

表3 太湖大道控制点成果对比表

4 总结

GPS-RTK技术作为一种方便快捷的测绘手段，已广泛应用于道路工程测量中。通过在无锡市太湖大道改造工程GPS控制网静态数据与RTK数据对比，只要保证接收机精度，转换参数，外部观测条件及基准点精度，在适中的距离下控制点的精度便可以得到保证，其可运用于各市政道路工程及精度要求相对较低的工程测量的控制测量。

[1]CJJ 8-99，城市测量规范[S].

[2]GB 50026-2007，工程测量规范[S].

[3]周忠漠.地面网与卫星网之间的转换数学模型[M].北京：测绘出版社，1984.

[4]李德仁，关泽群.空间信息系统的集成与实现[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，2000.