浅谈RTK技术在园子沟矿区测绘中的应用

张亚军，张春荣

(西安骏腾测绘工程有限公司，陕西 西安 710005)

0 引言

园子沟煤矿位于陕西省宝鸡市麟游县两亭镇，属渭北旱塬丘陵沟壑区，全区平均海拔1 271 m，最高海拔1 664 m，最低海拔740 m。地势西北高、东南低，境内沟壑纵横、坡缓川狭、少有台塬。可分为低中山、黄土丘陵、黄土残塬、河谷川道4种地貌单元。该测区地形破碎，植被茂密，通视条件极差，交通不便，常规测量无法开展。采用PTK测量技术是一种较好地选择。

1 RTK全球定位系统

GPS是英文Global Positioning System的缩写，其中文名称为“全球定位系统”，基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可以知道接收机的具体位置。能为全球用户提供低成本、高精度的位置，不受天气、气候和通视条件的影响，全天候作业。该系统以24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候提供三维坐标，主要由地面控制站，空间部分，用户装置3部分组成。由于此方法效率相对较低，由此衍生了GPS快速静态测量法，因为快速测量法只需要对每个观测点观测10～20 min，甚至更短的时间，就能得到相当精度的测量结果。而对于一般工程对测量精度的要求，GPS快速静态测量法的测量精度完全可以满足工程的要求。因此，GPS快速静态测量法得到了广泛的应用[1]。

1.1 RTK技术的基本原理

RTK是GPS测量技术的一种模式，属实时动态差分测量，其原理简单来说就是，基准站用一个固定坐标来做参考，以后基站每通过接收卫星算得一个坐标，就跟固定坐标作比对，得到差值，然后将该差值发送给移动站，移动站用卫星接收到的坐标再减去基站发过来的差值就得到了改正后的坐标。

RTK的地面监控系统主要由分布在全球的5个地面站组成，按其功能的不同可分为主控站(MCS)、注入站(GA)和监测站(MS)3种。然而整个地面监控系统由主控站控制，地面站之间的通信系统不需要人工操作，实现了高度自动化和标准化[2]。

1.2 RTK测量的优势

GPS测量技术可分为静态和动态(RTK)2种模式，向全球用户全天候连续的提供高精度的三维坐标、三维速度以及时间信息等技术参数。为测量数据成果质量的提高，起到了很大的作用，提高了测量的精度。

GPS测量技术能够实现点位之间的不通视，灵活选点，使外业测量免受天气因素的影响。但由于工程测量的范围存在差异，在达到测量精确度的同时，一般还需利用其他测量仪器如全站仪等，所以有必要增强点位之间的通视性，来提高测量精度。

GPS技术的观测速度也随着技术的发展而逐渐提高，测量时间大为缩短。其中在RTK技术模式下运用测量就能使观测时间大为减少，几秒钟就能够完成观测任务。而之前采用传统的工程测量技术，还需要对高程、平面坐标进行观测和计算，相比于传统的测量技术，GPS技术能够同时获得高程以及平面坐标，直接得出三维坐标，进而体现出其快、准、省的优势[3]。

RTK测量中由于GPS测量是通过接收卫星发射的信号再经过数据处理而得到点位坐标的，在测定点位坐标时任何有可能影响信号接收的因素都可能使我们的测量数据产生误差，会使得测量结果和成果达不到精度要求。

为此，在运用GPS选择测量点的位置时不管是静态测量模式还是移动站测量模式，都应注意以下几点：①选择点位视野开阔的地方，所在位置向上15°视角范围内尽量避免有高、大型障碍物；②尽量远离大功率无线电发射源，如移动信号塔、高压线揽、电信信号交换器等等；③尽可能的避开大面积的水域，避免产生多路径效应。

所以RTK测量更适用于视野开阔、障碍物较少、无干扰信号源的地区使用。如果在城镇区域需要使用GPS测量时，有可能会发生接收不到信号、一直处在浮动状态下，或者出现固定，但是PDOP值会很不稳定，来回的跳动，因此测量的数据误差较大，这样就不能显示GPS测量的各大优越性。

1.3 RTK平面控制点测量基准站的技术要求

基准站可架设在已知点上或未知点上，卫星高度角要大于15°，200 m范围内没有强磁场、雷达站、手机信号站等辐射源，用电台作业时，位置比较高，基站到移动站之间最好无大型遮挡物，否则差分传播距离迅速缩短，基准站选择要高一等级点，要能发射出无线电波，设置合理的电台类型和数据端口，避免发生串台，应正确设置基准站坐标、数据单位、尺度因子、投影参数和接收机天线高等参数[4]。

1.4 RTK平面控制点测量流动站的技术要求

RTK流动站不宜在大面积水域旁，隐蔽地带和强磁场附近，当出现单点解算时，先断开与基站的链接，重新启动流动站，链接基站，到最近的控制点上进行检测。每次作业开始前或重新架设基准站后，均应进行至少一个同等级或高等级已知点的检核，RTK平面控制点测量流动站观测时应采用三角架对中、整平，每次观测历元数应不少于20个，采样间隔2～5 s，各次测量的平面坐标较差应≤±4 cm；应取各次测量的平面坐标中数作为最终结果。进行后处理动态测量时，流动站应先在静止状态下观测10～15 min，然后在不丢失初始化状态的前提下进行动态测量。

1.5 RTK高程控制测量

RTK高程控制点测量流动站观测时应采用三角架对中、整平，每次观测历元数应不小于20个，采样间隔2～5 s，各次测量的大地高较差应≤4 cm。大地高程中误差≤3 cm，与基站的距离≤5 km，观测次数≥3次，起算点等级四等及以上等级，流动站的高程异常可采用数学拟合法，似大地水准面精化模型内插等方法获取，拟合模型及似大地水准面模型的精度根据生产需要确定[5]。

2 RTK技术的应用

RTK野外作业主要步骤为：架设基准站—设置基准站—启动基准站—信号发射—连接流动站—流动站的设置—参数的求解和碎部测量、放样。大部分坐标系为国家坐标系和工程坐标系，而GPS所连接收到的为WGS-84系下的数据，因此坐标转换是RTK测量中的一个重要环节，根据项目所需，选择适当的坐标系统，坐标系的转换方法主要有四参数和七参数。

项目设置，选择坐标系，选择中央子午线，选择投影方法，输入投影参数，通常只需改中央子午线的经度。

GPS接收机与基站主机的链接，设置仪器型号，链接方式、端口及波特率，一般选择9 600，连接成功，会在接收机信息窗口显示连接GPS的机号。

计算参数，所谓四参数也就是四参数加高程拟合。是指在使用X、Y平移，a旋转，k尺度还有高程拟合，也是RTK常用的一种作业模式，通过四参数来完成WGS84平面到当地平面的转换，利用高程拟合来完成WGS84椭球高到当地水准的拟合。

通常计算四参数时，至少要两个已知的国家控制点坐标，当然也可以是任意坐标系下的坐标，最好是由3个及以上的点的坐标来完成，可以此来检校控制点的准确性。例如，首先找到已知控制点位置及坐标，接着打开四参数平面转换工具，点击“计算参数”，选择“控制点文件”，点击“计算”。最后会以文本的格式出现计算结果。

所谓七参数也就是布尔莎七参数。标准的七参数方法是使用X、Y、Z平移，X、Y、Z旋转，K尺度作用范围较大和距离较远，通常用于RTK模式或者RTD模式的WGS84到北京54和国家80的转换。

通常计算七参数时，至少3个已知的国家控制点坐标，当然也可以是和WGS84坐标系之间存在很小旋转坐标系下的坐标，最好是有3个及3个以上的点的坐标来完成，可以此来检校控制点的准确性。例如，首先找到已知控制点位置及坐标，接着打开七参数平面转换工具，点击“计算参数”，选择“控制点文件”，最后点击“计算”。最后会以文本的格式出现计算结果。

3 结语

在很多工程应用中，大多数使用的是RTK技术中的七参数，四参数应用的相对较少。因为工程区域的范围距离小于10 km，或者在15 km范围内的，可以忽略椭球参数对坐标转换精度的影响，在这种情况下是可以使用四参数+高程拟合来完成坐标系的转换。

工程区域的范围在距离大于15 km，甚至更远时，为了减少或避免椭球参数差异，因而导致坐标系转换精度过低，这时必须采用七参数来完成坐标系的转换。

在外业测量中，RTK测量模式比较多，在很多情况下运用四参数后，高程的测量精度也不是很准确。而七参数是一种空间直角坐标系的转换模型，能准确、全面的将一个空间直角坐标系下的点XYZ坐标值，转换为另一个空间直角坐标系下点的XYZ坐标值。

在园子沟矿区测量中，采用七参数进行了参数的解算，进行了碎部测量，极大地提高了工作效率，数据采集精度满足规范要求，在本测区内，进行了四参数和七参数的比较，四参数在适合面积小的测区，需要的控制点较少，七参数适合大面积测量，但需要的控制点较多。

总之，RTK技术自动化程度较高，测绘功能强大，降低了作业条件的限制，无需通视，能见度及气候的影响，没有积累误差的传递，操作简便，数据处理功能强大。因此，要根据测区的实际情况，选择合适的参数计算，极大地提高了工作效率，节约了成本，精度满足规范要求。