BDS—RTK在地形测量中的应用

黎炜

随着我国经济建设的不断发展，人们对测绘产品提供的图文资料、文字资料无论从精度或信息量的要求越来越高；另一方面，与测绘相关的仪器设备，应用软件，也在不断地更新，科技含量较高的仪器设备被越来越多地应用到了测绘领域。现如今，我国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite Sys

tem，BDS）的发展越来越成熟，它的建立给导航系统和定位技术带来了巨大的变化，很在程度上解决了地球上人类导航和定位问题，为工程测量提供了很好的方法。该系统中的RTK技术可以很好地应用在地形测量中，但具体的方法和程序还不成熟，仍在不断的完善，需要我们进行深入的探索，分析出具体的方法步骤。

一、BDS的组成

（一）BDS组成部分。BDS由三大部分组成 ，分别为空间部分——北斗卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——BDS信号接收机。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

（二）BDS定位原理。BDS由空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120°均匀分布。2012年BDS亚太区域导航正式开通时，已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上）。

BDS卫星定位系统定位的基本原理是延时测距，通过测量四个已知位置上信号传播的延时时间，确定四个已知位置至用户的距离，根据这四个测量解算出用户的三维位置和用户与已知位置的时间同步偏差。BDS定位方式大体有两类：BDS定位和差分BDS定位。目前，实时动态测量系统，已在约20KM的范围内，得到了成功的应用。相信，随着数据传输设备性能和可靠性的不断完善和提高，数据处理软件功能的增强，它的应用范围将不会不断地扩大。

二、RTK的概述及其原理

（一）概述。RTK（Real Time Kinematic）称实时动态载波相位养分。其设备是在两台静态型测量仪器间加上一套无线电数据通讯系统（也称数据链），将相对独立的BDS信号接收系统连成一个有机整体。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据及已知数据传输给流动站接收机，数据量较大，一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。

（二）原理。基准站把接收的所有卫星信号和基准站的一些信息都通过系统传送到流动站，流动站本身在接收卫星数据的同时，也接收基准站传送的卫星数据。在流动站完成初始化后，把接收到的其站信息传到控制器内，并将基准站的载波观测信号与本身接收到的载波观测信号进行差分处理。因此，要求

BDS接收机要具备很强的运算能力。

（三）RTK系统的组成。BDS-RTK系统由一个基准站，若干个流动站及通讯系统三部分组成。基准站包括BDS接收机、BDS天线、无线电通讯发射设备使用的电源及基准站控制器等部分。

三、RTK系统工作流程

RTK定位时，基准站将观测值及其已知坐标通过数据链发送给流动站，流动站一仅采集BDS观测数据还要接受通过数据链电台送来的基准站数据，并在流动站上形成差分观测之后实时求出流动站坐标，其精度可达到厘米级。在BDS-RTK测量中，要求有三点：一是能接收5颗以上的BDS卫星；二是迁站过程中不能关机、不能失锁；三是必须能同时接收到BDS卫星的信号和基准站播发的差分信号。

四、RTK系统在地形测量中的具体应用

（一）地形介绍。为了很好地掌握实时动态技术RTK在山区大比例尺地形图测图中的应用，需要选择武汉黄陂的甘露山为测量地点，进行1：500的地形测量。

（二）测量前的准备。BDS-RTK内存数据容量认真了解各BDS点所处的环境运用BDS软件预测点的最佳观测时间检查BDS-RTK的各项设置静态或动态高度截止角数据采样率天线类型天线量测方式。

（三）准备相关资料。进入测区之前要收集测区控制点资

料，包括控制点的坐标、等次、中央子线、坐标系统、是常用控制网还是BDS控制网、控制点的点之记、控制点的地形和周围环境是否可作为RTK基准参考站。

（四）使用进行RTK基准站的设定。基准站选择和安置应满足下列条件：（1）基准站应有正确的已知坐标；（2）基准站应选在点位稳固、方便架设仪器的地方；（3）基准站应选在地势较高，较为开阔周围无高度超过10米的障碍物；（4）为了防止数据丢失，以及出现多路径应的影响，基准站周围应无BDS信号反射物、高压线、电视塔、无线电发射台、微波站等干扰源。

（五）进行数据采集和处理。（1）首先是对测量工具的准备。在基准站对中整平安置好BDS接收机，连接发射台、电台天线和电线，量取BDS天线高。（2）其次是对基准站测量。这一步非常重要，也是测量能否成功的关键一步。到达测区后分别把

BDS架设在三个已知点，为一个预设点，并使用4台BDS接收机采用星型布网方法，快捷静态模式，测量时长30分钟，现场数据处理来求解转换参数并验证已知点的精度。（3）RTK测量。在已知点上设置BDS接收机一台，并对一些具体的数据进行提前准备。一台至多台BDS接收机在若干待定点上设置。基准站与移动站同时接收卫星信号，基准站将接收到的卫星信号通过自备电台发送给移动站，移动站将接收到的卫星信号及基准站发送来的信号传输到控制记录本进行实时差分及平差处理，实时得出本站的坐标和高程及其实测精度，并随时将实测精度与预设精度进行比较，一旦实测精度达到预设精度指标，记录本将提示测量人员进行记录，实测记录后，记录本将测得的坐标、高程和精度同时记录，并终止本站的测量。同时每组应有一人负责根据地形图，并且注记每个点的属性。（4）BDS数据处理。基线向量解算时可根据不同情况设置好是解算部分基线还是解算全部基线软件自动解算；基线向量解算后可初步检查一下评判各基线的置信参数检查同步异步环等闭合差检查不同时段同一条边的较差查出超限原因剔除有粗差的基线。（5）平差计算。BDS定位使用的坐标属于WGS84大地坐标系，而实用的测量坐标是属于国家坐标系。因此，必须解决两者坐标的转换问题。BDS基线向量网的平差分为二种类型，一是无约束平差，二是联合平差。目前，对于绝大多数的地区联合平差是解决BDS坐标系统转换的绝对手段，甚至是目前唯一行之有效的手段。因此，BDS网一般要联测4-6个已知点。BDS坐标系统的内精度分析根据无约束平差成果，主要考察基线向量观测值改正各点坐标中误差点位中误差BDS基线向量边的方位和边长相对精度若发现有明显粗差则要在联合平差前去掉。联合平差或约束平差成果的精度分析主要考察各类观测值的改正的分布是否明显粗差平差坐标点，误差转换参数单位权中误差是否通过统计检验边长相对精度是否满足设计的精度要求。

五、总结与展望

地形测量是工程测量中的一项重要组成部分，是工程测量的基础和先导，目前的基于BDS测量技术为地形测量提供了一种很好的方法，改变着当前工程测量的技术手段，为下步的工程测量提供着很好的引导，是从事工程测量人员必学的技能之一。本文对详细介绍了BDS-RTK的相关知识，并对如何使用BDS进行地形测量进行了分析，提出了基本的使用流程和方法，为工程测量人员提供了指导。但应用BDS进行地形测量作为一种新的测量方法，在具体的使用过程中，还有很多地方需要我们进行研究，需要我们进行更加深入的研究各探索。