孫立方

（吉林省第一測繪院，吉林 四平136001）

0 引 言

實時動態(tài)定位技術（GPS－RTK），又稱載波相位動態(tài)實時差分技術，是集計算機技術、數(shù)字通訊技術、無線電技術和GPS測量定位技術為一體的組合技術，能夠實時提供測點（用戶站）在指定坐標系的三維坐標成果；它是GPS測量技術發(fā)展中的一個新突破。全站儀的應用使傳統(tǒng)的測量方式實現(xiàn)了質的飛躍，而GPS－RTK技術的應用給測繪行業(yè)帶來了一場革命。以北京順義區(qū)1∶500地形圖測繪為例，介紹了GPS－RTK的相關原理，闡述了GPS－RTK在地形測繪具體應用中的相關問題。

1 GPS－RTK的測量原理與數(shù)據(jù)處理的關鍵問題

1.1 定位的原理

GPS－RTK實時相對定位的原理：基準站把接收到的所有衛(wèi)星信息（包括偽距和載波相位觀測值）和基準站的一些信息（如基站坐標天線高等）都通過無線電通訊系統(tǒng)傳遞到流動站，流動站在接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時也接受基準站傳遞的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在流動站完成初始化后，將接收到的基準站信息傳送到控制器內(nèi)并將基準站的載波觀測信號與本身接受到的載波觀測信號進行差分處理，即可實時求得未知點的坐標[1]。

GPS－RTK相對于常規(guī)GPS靜態(tài)定位、快速靜態(tài)定位需要事后進行數(shù)據(jù)處理來說，其定位效率有了較大的提高。并且實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時檢核，從而避免了在數(shù)據(jù)后處理中發(fā)現(xiàn)不合格的測量成果，需要進行返工重測的情況[2]。

1.2 GPS－RTK數(shù)據(jù)處理的關鍵問題

GPS－RTK測量數(shù)據(jù)處理的關鍵問題就是如何快速的進行轉換參數(shù)的求解。在野外作業(yè)時，轉換參數(shù)的求得通常采用以下兩種方法[3－4]：

1）充分利用已有的GPS靜態(tài)控制網(wǎng)資料，將多個已知點的地心坐標與相應的當?shù)刈鴺送ㄟ^電子手簿中自帶轉換軟件或者外部自編坐標轉換軟件解算出轉換參數(shù)；

2）基準站架設在已知點或未知點上，移動站依次測量各已知點的地心坐標，將各已知點所對應的當?shù)刈鴺讼档钠矫孀鴺撕透叱梯斎胧植局羞M行點校正，淘汰校正殘差比較大的已知點，從而解算出兩坐標系之間的轉換參數(shù)。

2 GPS RTK在地形測繪中的應用

2.1 測區(qū)概況

北京市順義區(qū)位于北京市東北部，城區(qū)距市中心30公里，北緯40°00′～40°18′，東經(jīng)116°28′～116°58′.地處燕山南麓，華北平原北端，屬潮白河沖積扇下段。平原面積占95.7%，地勢北高南低，坡度為6／10 000，北部山地最高點海拔637m，平原海拔25－45m，平均海拔35m.經(jīng)過現(xiàn)場勘查，測區(qū)有6個保存完好的D級控制點，其平面坐標是1980國家大地坐標系，高程是1985國家高程基準，且分布均勻，可作為圖根控制點的起算數(shù)據(jù)。

2.2 作業(yè)過程

2.2.1 基準站設置

結合測區(qū)的實地情況，我們把基準站架設在地勢較好，并且沒有太強無線電信號干擾的辦公樓上，在架設好儀器后，啟動手簿。并進行基準站的相應設置，如創(chuàng)建新的作業(yè)項目，坐標系統(tǒng)的選擇、天線類型的選擇、無線電類型的選擇、接收機的端口的選擇、波特率的選擇、測量類型的選擇等工作，并將基準站的坐標通過單點定位測量出來后存儲于所建立的項目，輸入天線高。最后進行無線電臺的連接，當無線電連接上后，即可將手簿從基站接收機上分離，至此基站設置啟動完成。

2.2.2 流動站設置及點校正

連接好流動站接收機、天線、對中桿后，啟動手簿。對流動站接收機進行相關的設置，具體設置內(nèi)容同基準站。完成流動站的設置后就可以進入測量模式，要注意衛(wèi)星個數(shù)，無線電標志，GPS－RTK是否固定等。如無問題，可進行下一步。

在完成基準站和流動的設置后，利用四個已知點（SY1、SY3、SY4、SY5）進行點校正，利用另外兩個已知點（SY2、SY6）進行檢測。在進行點校正和檢測過程中，利用五臺GPS－RTK接收機同時進行，每臺均進行三個時段的觀測，觀測時間均為240s。點校正后，在SY2點和SY6點進行檢測，檢測結果與已有成果進行比較，X最大誤差為2.0 cm，Y最大誤差為1.5cm，高程最大誤差為2.4 cm，最小誤差為8mm，均小于5cm的要求。同一臺GPS－RTK接收機三個時段的最大誤差平面為7mm，高程為16mm，最小誤差0，說明點校正是成功的，觀測結果是可靠的。

使用GPS－RTK技術作圖根控制時，應盡量選擇測區(qū)外圍的已知控制點作為求解坐標系統(tǒng)轉換參數(shù)的起算點。另外，若只求平面坐標，必須有3個起算點，這樣可消除平面殘差；若同時求解高程結果，則至少有4個已知點，以保證能消除高程殘差。

2.2.3 圖根測量與碎步測量

1）圖根測量：使用GPS－RTK技術作圖根控制時，應盡量選擇測區(qū)外圍的已知控制點作為求解坐標系統(tǒng)轉換參數(shù)的起算點。另外，若只求平面坐標，必須有3個起算點，這樣可消除平面殘差；若同時求解高程結果，則至少有4個已知點，以保證能消除高程殘差。

2）碎步測量：在實際操作過程中，會遇到衛(wèi)星信號遮擋、點位精度及穩(wěn)定性不夠好等問題，具體解決方法：由于GPS采用衛(wèi)星信號定位，遇到高大障礙物時，就很難接收到衛(wèi)星和無線電信號，即使能夠得到數(shù)據(jù)，精度也受很大影響。例如在樓角下面進行觀測時，衛(wèi)星信號會受到遮擋而造成不容易得到固定解，這時，可以采用偏移的方法解決。操作人員可以配備一根2～3m的卷尺，測量出與房屋墻線間距固定且平行的線段，不但精度不受影響，作業(yè)效率也會大大提高。對于個別受遮擋無法得到固定解的點還可以采用測繪一條與該點在一條直線上的線段的方式。

3）GPS－RTK 和全站儀聯(lián)合作業(yè)[5]：隨著工程質量要求的不斷提高，單一使用GPS－RTK或全站儀已經(jīng)滿足不了實際測量工作的需要，這樣就出現(xiàn)了在同一工程中同時采用兩種方法的聯(lián)合應用，即GPS－RTK的測量成果常為全站儀所用，全站儀測量值又常作為檢校GPS作業(yè)的依據(jù)，可以優(yōu)勢互補、取長補短，可快速布設控制點，又能高精度快速地獲得三維坐標。可以大大加快測量速度，提高工作效率。

3 數(shù)據(jù)傳輸和圖形文件生成

當外業(yè)數(shù)據(jù)采集完畢，需將所測數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上。即先用數(shù)據(jù)傳輸線將GPS電子手薄和計算機連接起來，再利用同步軟件Microsoft Active－Sync4.5完成數(shù)據(jù)傳輸下載，并保存在相關的目錄下。

圖形文件在CASS7.0平臺下生成，圖形比例尺為1∶500.將得到的原始數(shù)據(jù)采用相關方法處理成CASS7.0所需的＊.dat格式文件，并在CASS7.0下進行展點，根據(jù)外業(yè)所繪草圖，通過軟件編輯，連線成圖。為了避免接邊誤差，將整個測區(qū)的圖形編輯在一起，根據(jù)需要進行分幅。

4 地形圖檢查及精度分析

整個測區(qū)的地圖編輯完成后，利用HP designjet 3500CP繪圖儀出樣圖，在實地進行對比檢查，利用場地中的控制點架設全站儀，檢核GPS RTK測得的圖面上明顯地物點的平面坐標和高程，與圖上對應點的點位進行比較，實查結果96%的點誤差在±5cm以下，最大的不超過±10 cm[6].根據(jù) CJJ82－99《城市測量規(guī)范》的要求[7]，碎部點對于鄰近圖根點的平面位置中誤差不應超過圖上±0.6mm，實地檢查后滿足精度要求。

5 結 論

通過本次實踐證明，GPS－RTK在大比例尺地形測繪中具有要求低、投入少、精度好、效率高、操作簡便、方便適用、數(shù)據(jù)處理能力強大等優(yōu)點。但其本身也存在衛(wèi)星的限制、存在高程異常現(xiàn)象、沒有圖形約束，缺少多余觀測、數(shù)據(jù)鏈受干擾和限制、作業(yè)半徑比標稱距離小等問題。相信隨著GPSRTK測量技術不斷成熟，該技術在大比例地形測繪中日益顯現(xiàn)巨大的應用潛力，特別是連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)（CORS）的建立和GPS軟硬件的不斷更新，GPS－RTK在未來的應用更加廣泛的被應用。

[1]周建鄭.GPS測量定位技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[2]高成發(fā)等.GPS測量[M].北京：人民交通出版社，2000.

[3]喬仰文，趙長勝，夏春林，等.GPS衛(wèi)星定位原理及其在測繪學中的應用[M].北京：教育科學出版社，2003.

[4]劉建文，陳 然.GPS RTK測量中4參數(shù)和7參數(shù)應用的探討[J].地礦測繪，2005，21（1）：13－15.

[5]孟凡超.GPS－RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)在數(shù)字測圖中的應用[J].北京測繪，2010（2），57－60.

[6]國家測繪局.CH 2001－92，全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范[S].北京：測繪出版社，1992

[7]北京市測繪設計研究院.CJJ 82－99城市測量規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，1999.