RTK技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用

1、RTK技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用    RTK技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用2011-03-21 09:03 來源： 瀏覽次數(shù)： 關(guān)鍵字： 摘要：RTK（RealTimeKinematic）即實(shí)時動態(tài)GPS測量技術(shù)的出現(xiàn)為測量作業(yè)帶來了新發(fā)展。本文通過工程實(shí)例介紹了RTK在地形測量中的應(yīng)用，并對其作業(yè)流程和性能，精度等進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：RTK；地形測量；精度一、引言常規(guī)的GPS測量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實(shí)時差分（Realtimekinemat

2、ic）方法1，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不到一秒鐘。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，也可在

3、動態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個歷元的實(shí)時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果2。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實(shí)時地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機(jī)，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率，這在無線電上不難實(shí)現(xiàn)。二、RTK作業(yè)流程2.1儀器準(zhǔn)備野外數(shù)據(jù)采集使用南方    S82型雙頻實(shí)時動態(tài)測量系統(tǒng)。其雙頻定位平面精度為±2+2×10ppm，其圖根

4、控制平面精度為±5，高程精度為110H（H為基本等高距）。含接收機(jī)1臺，移動站接收機(jī)1臺，數(shù)據(jù)鏈發(fā)射臺1個，數(shù)據(jù)鏈接收臺1個，基準(zhǔn)站中增益天線及電纜線各1根，PISON掌中電腦2臺，普通測桿2根。雙頻定位精±2+2ppm，基準(zhǔn)站功耗12w，發(fā)射電臺功率分為高頻和低頻，即低頻2w或高頻35w，移動臺靜態(tài)功耗12w。2.2坐標(biāo)系數(shù)及作業(yè)參數(shù)地形測量是在地方獨(dú)立坐標(biāo)系上進(jìn)行的，這就有在WGS-84坐標(biāo)和地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。由于RTK作業(yè)要求實(shí)時給出當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這使得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作非常重要。根據(jù)工程需要，求定測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)可按如下步驟進(jìn)行：首先在測區(qū)以靜態(tài)方式布設(shè)均勻分布的高等

5、級GPS控制點(diǎn)，獲得各點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，利用同一點(diǎn)的兩種坐標(biāo)求出轉(zhuǎn)換參數(shù)。注意，為提高轉(zhuǎn)換參數(shù)的可靠性，最好選用4個以上的點(diǎn)進(jìn)行觀測和求解，這樣可通過多種點(diǎn)的匹配方案，檢驗(yàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的正確性及精度。2.3基準(zhǔn)站的選址數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站發(fā)射電臺和流動站接收電臺組成，它們是實(shí)時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)莿討B(tài)初始化的前提。保持高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，可以減少整周模糊度的解算時間，大大提高工作效率，所以基準(zhǔn)站的安置是順利實(shí)施RTK作業(yè)的關(guān)鍵之一，基準(zhǔn)站安置應(yīng)滿足下列條件：（1）基準(zhǔn)站可設(shè)立在有精確坐標(biāo)的已知點(diǎn)上，也可設(shè)在未知點(diǎn)上（最好設(shè)在已知點(diǎn)上）。施工前先聯(lián)測已知點(diǎn)進(jìn)行

6、檢核，確保采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。（2）基準(zhǔn)站安置應(yīng)選擇地勢較高，視空無遮擋、電臺有良好覆蓋域的地方，最好選擇在測區(qū)內(nèi)高大建筑物上。（3）為防止數(shù)據(jù)鏈的丟失和多路徑效應(yīng)，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)無GPS信號反射物（大面積水面、大型建筑物、車輛擁擠的街區(qū)等）、200m范圍內(nèi)無高壓電線、電視臺、無線電發(fā)射臺等干擾源。2.4RTK實(shí)施步驟野外作業(yè)時，基準(zhǔn)站安置在選定的控制點(diǎn)上，連接好各條鏈接線，打開接收機(jī)輸入點(diǎn)號、天線高、WGS-84的已知坐標(biāo)；設(shè)置完畢檢查接受的GPS衛(wèi)星數(shù)5顆。檢查電臺發(fā)射指示燈是否正常，基準(zhǔn)站設(shè)置完成。流動站選擇與基準(zhǔn)站電臺相匹配的電臺頻率，檢查電臺接收指示燈是否正常，檢查接收衛(wèi)星顆數(shù)4顆，流動

7、站可開始測量任務(wù)。先聯(lián)測1-2個已知控制點(diǎn)，評定測量精度，滿足設(shè)計要求后開始測量任務(wù)。實(shí)時動態(tài)RTK數(shù)據(jù)處理相對簡單，外業(yè)測量采集的實(shí)測坐標(biāo)通過手簿的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，直接下載到計算機(jī)內(nèi)。經(jīng)整理、分類、判斷形成文件后直接打印出來。三、應(yīng)用實(shí)例3.1測區(qū)概況我院于2008年承擔(dān)小店工業(yè)區(qū)10平方公里1：1000數(shù)字化地形圖測繪工程。該測區(qū)地勢相對平緩，高大建筑物較少，適宜RTK進(jìn)行地形測量。3.2確定轉(zhuǎn)換參數(shù)為保證轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度，共選取了5個高等級GPS控制點(diǎn)，通過多種點(diǎn)的匹配方案，選擇殘差較少，精度較高的一組參數(shù)為最終啟用參數(shù)。3.3內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理使用南方CASS成圖軟件。通過手簿的數(shù)據(jù)

8、傳輸系統(tǒng)，直接下載到計算機(jī)內(nèi)，然后用南方CASS成圖軟件將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAD的dwg圖形文件，結(jié)合現(xiàn)場草圖繪制出最終地形圖。3.4精度分析RTK技術(shù)作業(yè)在國家規(guī)范中沒有相關(guān)的精度指標(biāo)規(guī)定，通過常規(guī)測量手段作業(yè)與之進(jìn)行相關(guān)精度指標(biāo)對比，核定其精度指標(biāo)及限差。通過與全站儀測量坐標(biāo)的對比檢查，得出重復(fù)測量同觀測點(diǎn)的坐標(biāo)較差統(tǒng)計表和相鄰觀測點(diǎn)間全站儀實(shí)測和RTK實(shí)測距離較差統(tǒng)計表。重復(fù)測量同觀測點(diǎn)的坐標(biāo)較差統(tǒng)計表（單位/m）相鄰觀測點(diǎn)間全站儀實(shí)測和RTK實(shí)測距離較差（單位/m）根據(jù)以上兩表來看，RTK作業(yè)采集的數(shù)據(jù)完全滿足國家規(guī)范中數(shù)字化地形圖測量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。四、認(rèn)識和體會通過RTK在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，

9、筆者得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識和體會：（1）作業(yè)效率高。在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測完4km半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù)，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動效率。（2）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為4km），RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級。（3）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”，因此，和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小

10、，在傳統(tǒng)測量看來由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。（4）RTK作業(yè)自動化、集成化程度高，測繪功能強(qiáng)大。RTK可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)。流動站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動實(shí)現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。（5）操作簡便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時進(jìn)行簡單的設(shè)置，就可以邊走邊獲得測量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計算機(jī)、其它測量儀器通信。與此同時RTK-GPS技術(shù)還存在著一些不足之處：（1）受衛(wèi)星狀況限制。當(dāng)衛(wèi)星

11、系統(tǒng)位置對美國是最佳的時候，世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值。另外，在高山峽谷深處及密集森林區(qū)，城市高樓密布區(qū)，衛(wèi)星信號被遮擋時間較長，使一天中可作業(yè)時間受限制。產(chǎn)生假值問題采用RTK測量成果的質(zhì)量控制方法可以發(fā)現(xiàn)。作業(yè)時間受限制可由選擇作業(yè)時間來解決。（2）天空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接受不到5顆衛(wèi)星，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進(jìn)行測量。我們在洛陽新安縣進(jìn)行測繪時就發(fā)現(xiàn)，在同樣的條件和同樣的地點(diǎn)上進(jìn)行RTK測量，上午11點(diǎn)之前和下午3：30分之后，RTK測量結(jié)果準(zhǔn)而快，而中午時分，很難進(jìn)行RTK測量。可見選擇作

12、業(yè)時段的重要性。（3）數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制，導(dǎo)致作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小的問題。RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)密樓區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號受到限制。另外，當(dāng)RTK作業(yè)半徑超過一定距離（一般為幾公里，每種機(jī)型在不同的環(huán)境又各不相同）時，測量結(jié)果誤差超限，所以RTK的實(shí)際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱半徑要小很多，工程實(shí)踐和專門研究都證明了這一點(diǎn)。解決這類問題的有效辦法是把基準(zhǔn)站布設(shè)在測區(qū)中央的最高點(diǎn)上。（4）初始化能力和所需時間問題。在山區(qū)、一般林區(qū)、城鎮(zhèn)密樓區(qū)等地作業(yè)時，GPS衛(wèi)星信號被阻擋

13、機(jī)會較多，容易造成失鎖，采用RTK作業(yè)時有時需要經(jīng)常重新初始化。這樣測量的精度和效率都受影響。解決這類問題的辦法主要是選用初始化能力強(qiáng)、所需時間短的RTK機(jī)型。（5）高程異常問題。RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國現(xiàn)有的高程異常圖在有些地區(qū)，尤其是山區(qū)，存在較大誤差，在有些地區(qū)還是空白，這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)換至海拔高程的工作變得相當(dāng)困難，精度也不均勻。（6）電量不足問題。RTK耗電量較大，需要多個大容量電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應(yīng)缺乏的偏遠(yuǎn)作業(yè)區(qū)受到限制。（7）穩(wěn)定性問題。由于RTK較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況影響的緣故。不同質(zhì)量的RTK系統(tǒng)，其精度和穩(wěn)

14、定性差別較大。要解決此類問題，首先要選用精度和穩(wěn)定性都較好的高質(zhì)量機(jī)種，然后，要在布控制點(diǎn)時多布置一些“多余”控制點(diǎn)，作為RTK測量成果質(zhì)量控制的檢核點(diǎn)。綜上所述，在當(dāng)前測量科學(xué)技術(shù)大發(fā)展的時期，隨著用戶對各種測繪成果的要求越來越高，高效率和高質(zhì)量已成為我們生存的根本。采用RTK進(jìn)行測量無疑是一種有效的手段，它在實(shí)際測量過程中有很多優(yōu)秀的方面，同時也有些技術(shù)限制，只有了解了它的優(yōu)劣所在，才能避其害，把有益于實(shí)際生產(chǎn)的技術(shù)帶到工程應(yīng)用中來?？傊?，隨著RTK技術(shù)的日臻完善，它必將在各種工程測量當(dāng)中發(fā)揮越來越重要的作用。參考文獻(xiàn)1周忠謨，易杰軍，周琪.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用M.北京：測繪出版社，1997.2錢天爵，瞿學(xué)林.全球定位系統(tǒng)及其應(yīng)用M.北京：海潮出版社，1993.3劉基余，李征航.全球定位系統(tǒng)原理及