GPS RTK技术在数字化地形测量上的应用分析

王峙达

（中元天玮测绘工程有限公司 贵州毕节 551700）

1 引言

GPS定位技术一直在创新，现在已经进入RTK的阶段。RTK是一个缩写，它的全名是实时动态定位。这是一种在当前城市测量中正在实施和改进的新测量方法。目前，中国的大部分地质勘查工作都是由基础控制网络垄断的，但这种测量方法在绘制图形的过程中缺乏精确性，而且基础控制网络的测量方法对于动态变化控制来说功效不是很强。用于地质勘探的人力和物力资源也占很大比例。相比于这一原始方法，新的GPS RTK技术弥补了这些不足，取得了地质勘探成果。

2 GPS RTK技术的基本原理

实时动态（RTK）定位技术是GPS测量技术和数据传输技术的结合，GPS RTK技术是基于载波相位观测的实时动态定位技术。实时动态定位技术的基本思想是参考站通过数据链路将其载波相位观测值，伪距观测值和基准站坐标实时传送到运动中的流动站。流动站利用其自己的GPS数据观测，进行实时载波相位差分处理获得参考站与流动站之间的基线矢量（X，Y，Z），基线矢量加参考站坐标以获得每个点WGS-84坐标。通过坐标转换，流动站给出每个点的坐标（X，Y）和高度H。GPS RTK定位技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。数据处理过程是参考站和流动站之间的单一基线过程，主要受到参考站和流动站观测数据的质量以及数据链路信号的扩展影响。在现场观测中，参考站位置的选择对数据链路上观测数据和信号传播的质量有很大影响。但是，流动站位置只能由工作任务决定，因此，选择参考站的有利位置非常重要。

3 在图根控制测量中的应用

在地形测量项目中，采用动态GPS RTK技术对已知控制点的图根控制点进行直接越级加密，可以加快项目进度，提高项目质量。

3.1 GPS RTK系统在图根控制测量中的可行性

GPS RTK测量观测值均为独立观测值，无法通过数据计算进行验证。为了验证其在地图根控制调查中的准确性和可行性，在邢台矿区的两个地形测量项目中检测并重复了已知控制点和GPS RTK图根控制点。为了提高观测精度和减小定心误差，流动站观测数据时均架设三角架或使用对中杆，天线高度精确到毫米。在这两个项目中，建立了718个GPS RTK图根控制点，检测到20个已知点，重复观测116个GPS RTK图根点。表1显示了检测和重复观测数据的准确度统计。从检测和重复观测数据可以看出，在观测条件允许且计算精度较好的情况下，GPS RTK测量可以代替传统的图根控制测量。

表1 已知点检测及重复观测精度统计

3.2 GPS RTK测量地图控制点问题

GPS RTK测量可以替代传统的图根控制测量，其单点观测精度可以达到或超过图根控制点的精度要求。但由于其自身的工作原理，观察条件和各种外界因素，很容易产生各种误差。在地形测量项目中，误差因素如下：①GPS全球定位系统由空间部分（GPS卫星），地面监测部分和用户部分组成，如果不准确的GPS卫星信号被接收，用于导航和定位的测距信号和导航消息的GPS定位精度是不切实际的；②将GPS RTK系统参考站的载波相位观测值，伪距观测值和参考站信息发送到移动数据链路站点，如果系统的无线电数据链路受到干扰或阻塞，系统无法获得高精度解决方案结果；③GPS RTK技术的测量精度与特定参考站有关。尽管单个绘图点的点精度较高，但绘图点与绘图点之间的相对精度可能较低。

3.3 在图根控制点采取GPS RTK测量的措施

为了提高GPS RTK系统观测结果的准确性，在测量地图根控制点时，可以采取以下措施来减少或消除上述因素的影响：①每个图根具有至少两个视角方向，视线方向角度控制在60～120°之间，距离尽可能远。当全站仪采集到碎部数据时，观察图根点之间的距离和角度，以检查点位置的精度和点之间的相对精度。发现问题后及时补救，削弱误差。地形测量质量的负面影响；②在宽视野，便捷的交通，便利的长期保存的地方选择图根点，便于接收GPS卫星信号；③地图点应远离各类输电塔，高压线路，通信线路，变压器等带有电磁辐射的物体，应远离大面积水域；④为了养成良好的工作习惯，GPS RTK系统必须在观测前后的已知点进行检查，并在观测过程中进行多点检测或重新检测数据。

4 在地形测量碎部数据采集中的应用

在地形测量项目中，使用GPS RTK系统收集现场数据具有天气因素影响小，测绘精度高，无需考虑控制点之间可达性等优势。但是，也有无法观察住宅区和森林，以及诸如观察复杂地形（如沟壑）时遇到困难等缺陷。

（1）GPS RTK系统可以在地形测量过程中直接观察开放区域内的独立特征（如坟墓，出水口，高程点等）和线性特征（所有类型的道路，水道等），精度可达达1～3cm。具体的做法是将流动站放置在各种地面物体的位置点上。仪器状态固定后，输入所有类型地物的相应属性代码进行保存，在内业整理时由程序根据属性编码对各类地物进行相应的表示。

（2）在地形测量的空旷地区，还会有一些独立或小型的建筑物和林地，如住宅用地，工厂建筑物，废弃房屋，水井和农场等，对上述地物进行分类，以项目效益最化为原则，采取不同的措施进行处理。GPS RTK系统遇到的地形测量处理方法如下：①对于低层建筑物，将增加对中杆的高度，使GPS RTK系统的卫星接收天线直接延伸到屋顶；②用于观测辅助点的GPS RTK系统观测结构简单的高层建筑。观察角度A，B，C和D，观察其各自延伸线上的辅助点然后画一个草绘并记录要测量的点，辅助点的编号和连接顺序；③对于在森林附近的结构复杂的高层建筑，将GPS RTK系统用作适当位置的图根控制点，然后使用全站仪进行附加测量。

（3）地形调查项目主要分布在城市，工厂，矿山等经济发达地区。这一地区的通信和电力系统相对发达，传输塔，高压电杆，低压电杆和通信电缆比比皆是。在收集GPS RTK系统数据时，必须精确定位高压电极，低压电极和通信极，每个电极具有一定的厚度和高度。当GPS卫星接收天线接近极点位置时，会阻挡部分卫星信号，电杆上的电力线和通信线路均存在电磁干扰，造成数据采集困难。如果GPS RTK系统收集其他数据并使用全站仪测试各种类型的电线杆和通讯棒，则工作负荷将呈指数增长。利用GPS RTK技术的设计理念，当在现场收集各种极点数据时，流动站的GPS卫星接收天线关闭极点位置并更快地保存数据（一般为2～4s）。如果速度太快，则数据链路发送的基站信息不能被充分利用。如果速度太慢，由于某些卫星信号的屏蔽，电源线和电源线的电磁干扰通信线路将导致系统在固定解决方案状态下失锁。

（4）GPS RTK系统在地形测量碎部数据采集中应注意的问题：①对于小面积特征地物，应尽可能采用各种辅助方法，以防止遗漏。在地形测量的数据采集过程中，由行走、站位到保存数据这一过程中不要动作太快。②从其工作原理可以看出，基站和漫游器每秒要求一次无线数据通信链路。为了提高准确度并降低错误率，可以在数据保存之前停顿2～4s保存数据。

5 总结

GPS RTK是一种地质测量技术，是一种实时观测技术，比以往的静态观测技术更具优势，特别是处理复杂环境的精度和测量速度。它在野外调查的开阔地区非常迅速地进行测量，并且通过使用光导体提高了测量的准确性和速度。常用的测量方法对植被密集的山区没有明显的影响，但RTK技术显示出更大的优势。这种定位技术的快速反应和准确定位为其带来了良好的发展前景，它将在数字化测量中以新代旧，书写新的历史。