GPS RTK技术在数字化图根控制测量中的应用
【摘 要】 本文通过生产项目实践，介绍 GPS RTK技术在数字化图根控制测量中的应用。与传统控制测量比较，GPS RTK测量作业效率高，定位精度高，数据安全可靠，作业不受通视条件影响、单站测量控制范围广、操作简单，能有效减少了因地形复杂带来的繁重工作量，显现出RTK的作业优势。
【关键词】 RTK技术 工作原理 图根控制测量
1 引言
常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Real - time kinematic）方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。本文结合生产实践经验，介绍 GPS RTK技术在数字化图根控制测量中的应用，供读者参考。
2 RTK基本工作原理
RTK（Real Time Kinematic）实时动态测量技术，是以载波相位观测为根据的实时差分GPS（RTDGPS）技术，它是测量技术发展里程中的一个突破，它由基准站接收机、数据链、 流动站接收机三部分组成。
RTK基本工作原理：在已知高等级点上（基准站）安置1台接收机为参考站， 对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度（即基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H，加上基准坐标得到的每个点的WGS－84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H）。
3 RTK图根控制测量
传统的图根控制测量采用导线（网）方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度如何，采用常规的GPS静态测量、快速静态、伪动态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测。
利用RTK进行控制测量不受天气、地形、通视等条件的限制，控制测量操作简便、机动性强，工作效率比传统方法提高数倍，大大节省人力，不仅能够达到导线测量的精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。采用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。
RTK图根控制测量简单的作业流程图：
3.1 收集测区控制成果，含控制点的坐标，等级，中央子午线，坐标系及控制点是属常规控制网还是GPS控制网。
3.2 求定测区转换参数，对于RTK测量，要求实时得出待测点在实用坐标系（1980西安坐标系、1954年北京坐标系或地方独立坐标系等）中的坐标，因此，坐标转换问题就显得尤为重要。实际需要将GPS观测的84坐标转换为国家平面坐标（如北京54坐标）或者工程施工坐标。对于WGS－84到国家平面坐标（如北京54坐标）的转换，我们可以采用高斯投影的方法，这时需要确定WGS84与国家平面坐标（如北京54坐标）两个大地测量基准之间的转换参数（三参数或七参数），需要定义三维空间直角坐标轴的偏移量和（或）旋转角度并确定尺度差。但通常情况下，对于一定区域内的工程测量应用，我们往往利用以往的控制点成果求取“区域性”的地方转换参数。
3.2.1 采用已有的静态数据，直接将控制点的WGS－84坐标和国家平面坐标（如北京54坐标）或者工程施工坐标输入手簿，利用随机软件求解坐标转换参数。
3.2.2 测区只有足够控制点的地方坐标，相对位置关系精确，但没有WGS－84坐标。在这种情况下，我们可以利用RTK测量方法，以基准站为起算位置（这个起算位置的坐标由GPS接收机观测确定，是一个精度有限的大地坐标，但它不影响RTK观测的相对位置关系），确定各控制点之间相对精确的位置关系，并实时测定WGS－84大地坐标。该方法具体实施时可能会遇到难处，比如控制点的距离太远，而RTK的作用距离有限。
3.2.3 当某些地方无合适的控制点坐标来设置基准站，也可以采用基准站任意摆放的方式，即虚拟一个基准站，基准站的WGS-84坐标直接从测量手簿读取，然后流动站再到各个控制点上去采集WGS-84坐标。
3.3 选择基准站及设置，GPS RTK定位的数据处理过程是基准站和流动站之间的单基线处理过程，基准站和流动站的观测数据质量好坏、无线电的信号传播质量好坏对定位结果的影响很大，基准站位置的有利选择非常重要。RTK测量中，流动站随着基准站距离增大，初始化时间增长，精度将会降低，所以流动站与基准站之间距离不能太大，一般不超过10Km范围。同时要考虑基准站上空无卫星信号的大面积遮盖和影响RTK数据链通讯的无线电干扰，以及提高基准站无线架设高度。
基准站的设置含建立项目和坐标系统管理、基准站电台频率选择、GPS RTK工作方式选择，基准站坐标输入、基准站工作启动等，以上设置完成后，可以启动GPS RTK基准站，开始测量并通过电台传送数据。
3.4 流动站设置包括建立项目和坐标系统管理、流动站电台频率选择、有关坐标的输入、GPS RTK工作方式选择，流动站工作启动等。以上设置完成后，可以启动GPS RTK流动站，开始测量作业。
3.5 测量前的质量检查，为了保证RTK的实测精度和可靠性，必须进行已知点的检核，避免出现作业盲点。研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95%， RTK比静态GPS还多出一些误差因素如数据链传输误差等。因此，和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须进行质量控制。我们一般采用了以下两种方法：（1）已知点检核比较法——用RTK测出已知控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。（2）重测比较法——每次初始化成功后，先重测1-2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后才进行RTK测量。最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果。
经过以上已知点的检核后，符合要求后开始作业。
3.6 内业数据处理，数据传输就是在接收机与计算机之间进行数据交换。GPS RTK测量数据处理相对于GPS静态测量简单得多，如用TGO软件处理接收机导入的测量数据（*.dc），直接可以将坐标值以文件的形式输出和打印，得到控制点成果。
4 工程应用及精度分析
我们在完成广州市萝岗测区1：500数字化地形测量中（面积约17平方公里）用GPS RTK进行图根控制。为了检验RTK控制点的实际精度，RTK测量结束后，我们用全站仪（2〞）对部分相互通视的点实测的边长、高差与测量坐标反算边长、高差比较，最大边长较差0.018米，最小边长较差0.001米，边长间距中误差为0.007米，高差（△H）最大较差为0.053米，最小为0.000米。结果表明所测点精度良好。可以看出， RTK实测精度完全符合导线测量精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。
5 体会
与传统的导线测量比较，RTK图根控制测量自动化程度高，实时提供经过检验的成果资料，无需数据后处理。拥有彼此不通视条件下远距离传递三维坐标的优势，并且不像导线测量那样产生误差累积，定位精度高，数据安全可靠。操作简单，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。可以说GPS RTK技术非常适合大规模的数字化地形图测量。
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