王佳卿，史曉忠 ，儲(chǔ)友兵

（上海同濟(jì)大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院，上海 200092；2.無(wú)錫市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇無(wú)錫 214072）

1 GPS系統(tǒng)及GPS-RTK技術(shù)

1.1 GPS系統(tǒng)

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)，是由美國(guó)建立的一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)由空間部分（衛(wèi)星），控制部分（主控站，監(jiān)控站，注入站）及用戶部分（GPS接收機(jī)）組成。20世紀(jì)90年代以后,其已被廣泛應(yīng)用于測(cè)繪領(lǐng)域并開(kāi)發(fā)出GPS載波相位差分技術(shù)（簡(jiǎn)稱RTK定位技術(shù)，Rcal Time Kinematic）。

1.2 GPS-RTK技術(shù)

RTK技術(shù)是以載波相位測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)。是一種將GPS與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)解算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在1～2 s的時(shí)間內(nèi)得到高精度相對(duì)位置信息的技術(shù)。

RTK技術(shù)的基本原理是由取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)架設(shè)一臺(tái)接收機(jī)作為參考站對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理利用轉(zhuǎn)換參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度[3]。

RTK技術(shù)具有高工作效率、高定位精度、全天候作業(yè)，強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力等優(yōu)點(diǎn)[4]。

2 GPS-RTK技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用

由于RTK技術(shù)具有高工作效率、高定位精度、全天候作業(yè)，強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力等優(yōu)點(diǎn)。故，現(xiàn)在RTK技術(shù)已大量運(yùn)用于工程測(cè)量中，包括道路工程測(cè)量。

道路工程測(cè)量包括平面、高程控制測(cè)量，地形測(cè)量，道路中樁及縱橫斷面測(cè)量。整個(gè)道路工程中除高程控制測(cè)量外，RTK技術(shù)可運(yùn)用于其他各項(xiàng)測(cè)量任務(wù)中。保證平面控制測(cè)量高精度的方法為：運(yùn)用GPS布設(shè)控制網(wǎng)，進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量。但在許多低等級(jí)的道路，或市政道路工程中，布設(shè)靜態(tài)GPS控制網(wǎng)或者布設(shè)三角網(wǎng)及導(dǎo)線網(wǎng)，往往會(huì)消耗大量的人力物力，得不償失；這就需要一種既方便快捷又能達(dá)到施工精度要求的方法——利用RTK技術(shù)布設(shè)平面控制網(wǎng)便走入了人們的視線。

3 RTK技術(shù)在道路控制測(cè)量中的精度分析

RTK技術(shù)的特性決定了其布設(shè)平面控制網(wǎng)的方便、快捷性；但是，利用RTK技術(shù)所布設(shè)的平面控制網(wǎng)其精度能否達(dá)到施工要求，為哪一等級(jí)控制網(wǎng)，適用于何種等級(jí)道路工程這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有解決，本文主要探討的便是這兩點(diǎn)。

3.1 影響GPS-RTK精度的要素

RTK技術(shù)的精度主要涉及四個(gè)方面：（1）GPS接收機(jī)的固定精度。（2）WGS84與地方坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。（3）GPS使用時(shí)外部觀測(cè)條件。（4）基準(zhǔn)點(diǎn)精度[2]。

（1）GPS接收機(jī)的固定精度。無(wú)錫市政設(shè)計(jì)研究院測(cè)量隊(duì)使用的是LEICA公司生產(chǎn)的SR530及ATX1230兩種型號(hào)的GPS接收機(jī)，其精度等級(jí)為±10 mm±1 ppm×D動(dòng)態(tài)，測(cè)距精度為1×0.000 001，精度已達(dá)到布設(shè)A級(jí)GPS控制網(wǎng)精度要求。

（2）WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)與地方坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。測(cè)量隊(duì)利用均勻布設(shè)于無(wú)錫市的B級(jí)GPS控制點(diǎn)32個(gè)，通過(guò)LEICA Geo Office Combined建立起無(wú)錫城市坐標(biāo)系統(tǒng)與WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。其轉(zhuǎn)換參數(shù)精度見(jiàn)圖1所示。

圖1 基準(zhǔn)/投影殘差柱狀圖

（3）GPS的外部使用條件。GPS接收機(jī)受外界干擾比較大，遇到對(duì)空條件，電離層較厚、衛(wèi)星條件較差、鏡面反射源較多較強(qiáng)及附近有高壓電線或強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)GPS接收機(jī)會(huì)產(chǎn)生周跳或失鎖。在這種情況下可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)此，利用手機(jī)通訊傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)（移動(dòng)站與基準(zhǔn)站間數(shù)據(jù)），傳輸能力強(qiáng)，受干擾小。

（4）RTK基準(zhǔn)點(diǎn)的精度。測(cè)量隊(duì)使用的為無(wú)錫測(cè)繪院建立的無(wú)錫本地CORS系統(tǒng)（單基準(zhǔn)站），采用的基站點(diǎn)為無(wú)錫市測(cè)繪院樓頂?shù)腅級(jí)GPS控制點(diǎn)。

3.2 GPS-RTK精度的實(shí)際檢驗(yàn)及應(yīng)用

測(cè)量隊(duì)接到無(wú)錫市濱湖區(qū)太湖大道改造工程的控制測(cè)量任務(wù)，利用這個(gè)任務(wù)測(cè)量隊(duì)對(duì)RTK的精度進(jìn)行了實(shí)際的檢驗(yàn)。

3.2.1 E級(jí)GPS網(wǎng)的測(cè)設(shè)

（1）適當(dāng)范圍內(nèi)選取GPS控制點(diǎn)，布設(shè)GPS控制網(wǎng)制定內(nèi)外業(yè)測(cè)量計(jì)劃書(shū)。所布設(shè)的GPS網(wǎng)型見(jiàn)圖2所示。

圖2 太湖大道改建GPS網(wǎng)示意圖

（2）GPS觀測(cè)時(shí)執(zhí)行技術(shù)指標(biāo)[1]：

a.同步觀測(cè)健康衛(wèi)星數(shù)≥5；

b.幾何圖形強(qiáng)度因子≤6；

c.衛(wèi)星截止高度角≥15°；

d.觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度≥15 min；

e.平均重復(fù)設(shè)站次數(shù)≥2；

f.歷元采樣間隔5 s；

g.天線對(duì)中精度：≤±2 mm；

h.天線高在觀測(cè)前、后各量測(cè)一次，取均值作為天線高。

（3）GPS控制網(wǎng)內(nèi)業(yè)解算及其精度：

在該項(xiàng)GPS控制測(cè)量中，采用了LEICA測(cè)量?jī)x器公司提供GPS后處理軟件LGO6.0進(jìn)行基線的解算?；€解算成果如表1所列。

表1 太湖大道改造工程項(xiàng)目中的GPS部分基線解算表

基線質(zhì)量分析見(jiàn)表2所列。

表2 基線質(zhì)量分析表

由以上所述可知，該項(xiàng)太湖大道GPS控制點(diǎn)解算成果達(dá)到E級(jí)GPS控制點(diǎn)精度要求。

3.2.2 RTK測(cè)量及數(shù)據(jù)對(duì)比

3.2.2.1 RTK測(cè)量控制點(diǎn)

測(cè)量隊(duì)在利用RTK測(cè)量時(shí)期3D精度始終保持在0.01—0.03之間，測(cè)量時(shí)期天氣狀況為晴好，GPS接收機(jī)接收到的衛(wèi)星大于6顆，且所測(cè)控制點(diǎn)均為埋設(shè)在對(duì)空條件良好，無(wú)反射源及反射源較少的開(kāi)闊地，每一控制點(diǎn)均在不同時(shí)間段反復(fù)測(cè)量三遍取平均值。

3.2.2.2 數(shù)據(jù)對(duì)比及精度分析

設(shè)靜態(tài)成果為真值，與RTK成果進(jìn)行相減分析RTK數(shù)據(jù)與靜態(tài)成果的差值大小。

GPS控制點(diǎn)靜態(tài)成果與RTK成果對(duì)比見(jiàn)表3所列。

由表3可知：RTK測(cè)量成果與GPS靜態(tài)成果最大相差為東坐標(biāo)±5 cm，北坐標(biāo)±5 cm。即，在條件較好的情況下，利用RTK測(cè)量，其誤差可以固定在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，也就是說(shuō)RTK擁有較小而穩(wěn)定的誤差。

綜合多次工作經(jīng)驗(yàn)及該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明：在測(cè)量誤差穩(wěn)定的情況下，只要保持相鄰控制點(diǎn)在一定的距離內(nèi)，則其精度便可達(dá)到市政道路的要求。在太湖大道改造工程中測(cè)量隊(duì)按E級(jí)GPS網(wǎng)布設(shè)控制點(diǎn)，其最弱邊距離中誤差≤1/100000， 測(cè)量隊(duì)利用RTK技術(shù)所得成果于GPS靜態(tài)成果對(duì)比，其測(cè)距中誤差最大為1/70000，基線長(zhǎng)為500 m。而二級(jí)導(dǎo)線中要求測(cè)距中誤差為≤1/14000，以該項(xiàng)太湖大道靜態(tài)所測(cè)數(shù)據(jù)為真值在以上精度下，只要距離達(dá)到180 m以上便能達(dá)到二級(jí)導(dǎo)線要求。

表3 太湖大道控制點(diǎn)成果對(duì)比表

4 總結(jié)

GPS-RTK技術(shù)作為一種方便快捷的測(cè)繪手段，已廣泛應(yīng)用于道路工程測(cè)量中。通過(guò)在無(wú)錫市太湖大道改造工程GPS控制網(wǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)與RTK數(shù)據(jù)對(duì)比，只要保證接收機(jī)精度，轉(zhuǎn)換參數(shù)，外部觀測(cè)條件及基準(zhǔn)點(diǎn)精度，在適中的距離下控制點(diǎn)的精度便可以得到保證，其可運(yùn)用于各市政道路工程及精度要求相對(duì)較低的工程測(cè)量的控制測(cè)量。

[1]CJJ 8-99，城市測(cè)量規(guī)范[S].

[2]GB 50026-2007，工程測(cè)量規(guī)范[S].

[3]周忠漠.地面網(wǎng)與衛(wèi)星網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型[M].北京：測(cè)繪出版社，1984.

[4]李德仁，關(guān)澤群.空間信息系統(tǒng)的集成與實(shí)現(xiàn)[M].武漢：武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，2000.