王峙達(dá)

（中元天瑋測(cè)繪工程有限公司 貴州畢節(jié) 551700）

1 引言

GPS定位技術(shù)一直在創(chuàng)新，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入RTK的階段。RTK是一個(gè)縮寫，它的全名是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。這是一種在當(dāng)前城市測(cè)量中正在實(shí)施和改進(jìn)的新測(cè)量方法。目前，中國(guó)的大部分地質(zhì)勘查工作都是由基礎(chǔ)控制網(wǎng)絡(luò)壟斷的，但這種測(cè)量方法在繪制圖形的過(guò)程中缺乏精確性，而且基礎(chǔ)控制網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量方法對(duì)于動(dòng)態(tài)變化控制來(lái)說(shuō)功效不是很強(qiáng)。用于地質(zhì)勘探的人力和物力資源也占很大比例。相比于這一原始方法，新的GPS RTK技術(shù)彌補(bǔ)了這些不足，取得了地質(zhì)勘探成果。

2 GPS RTK技術(shù)的基本原理

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的結(jié)合，GPS RTK技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的基本思想是參考站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路將其載波相位觀測(cè)值，偽距觀測(cè)值和基準(zhǔn)站坐標(biāo)實(shí)時(shí)傳送到運(yùn)動(dòng)中的流動(dòng)站。流動(dòng)站利用其自己的GPS數(shù)據(jù)觀測(cè)，進(jìn)行實(shí)時(shí)載波相位差分處理獲得參考站與流動(dòng)站之間的基線矢量（X，Y，Z），基線矢量加參考站坐標(biāo)以獲得每個(gè)點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)。通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，流動(dòng)站給出每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)（X，Y）和高度H。GPS RTK定位技術(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)。數(shù)據(jù)處理過(guò)程是參考站和流動(dòng)站之間的單一基線過(guò)程，主要受到參考站和流動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量以及數(shù)據(jù)鏈路信號(hào)的擴(kuò)展影響。在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)中，參考站位置的選擇對(duì)數(shù)據(jù)鏈路上觀測(cè)數(shù)據(jù)和信號(hào)傳播的質(zhì)量有很大影響。但是，流動(dòng)站位置只能由工作任務(wù)決定，因此，選擇參考站的有利位置非常重要。

3 在圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用

在地形測(cè)量項(xiàng)目中，采用動(dòng)態(tài)GPS RTK技術(shù)對(duì)已知控制點(diǎn)的圖根控制點(diǎn)進(jìn)行直接越級(jí)加密，可以加快項(xiàng)目進(jìn)度，提高項(xiàng)目質(zhì)量。

3.1 GPS RTK系統(tǒng)在圖根控制測(cè)量中的可行性

GPS RTK測(cè)量觀測(cè)值均為獨(dú)立觀測(cè)值，無(wú)法通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。為了驗(yàn)證其在地圖根控制調(diào)查中的準(zhǔn)確性和可行性，在邢臺(tái)礦區(qū)的兩個(gè)地形測(cè)量項(xiàng)目中檢測(cè)并重復(fù)了已知控制點(diǎn)和GPS RTK圖根控制點(diǎn)。為了提高觀測(cè)精度和減小定心誤差，流動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)均架設(shè)三角架或使用對(duì)中桿，天線高度精確到毫米。在這兩個(gè)項(xiàng)目中，建立了718個(gè)GPS RTK圖根控制點(diǎn)，檢測(cè)到20個(gè)已知點(diǎn)，重復(fù)觀測(cè)116個(gè)GPS RTK圖根點(diǎn)。表1顯示了檢測(cè)和重復(fù)觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度統(tǒng)計(jì)。從檢測(cè)和重復(fù)觀測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，在觀測(cè)條件允許且計(jì)算精度較好的情況下，GPS RTK測(cè)量可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圖根控制測(cè)量。

表1 已知點(diǎn)檢測(cè)及重復(fù)觀測(cè)精度統(tǒng)計(jì)

3.2 GPS RTK測(cè)量地圖控制點(diǎn)問(wèn)題

GPS RTK測(cè)量可以替代傳統(tǒng)的圖根控制測(cè)量，其單點(diǎn)觀測(cè)精度可以達(dá)到或超過(guò)圖根控制點(diǎn)的精度要求。但由于其自身的工作原理，觀察條件和各種外界因素，很容易產(chǎn)生各種誤差。在地形測(cè)量項(xiàng)目中，誤差因素如下：①GPS全球定位系統(tǒng)由空間部分（GPS衛(wèi)星），地面監(jiān)測(cè)部分和用戶部分組成，如果不準(zhǔn)確的GPS衛(wèi)星信號(hào)被接收，用于導(dǎo)航和定位的測(cè)距信號(hào)和導(dǎo)航消息的GPS定位精度是不切實(shí)際的；②將GPS RTK系統(tǒng)參考站的載波相位觀測(cè)值，偽距觀測(cè)值和參考站信息發(fā)送到移動(dòng)數(shù)據(jù)鏈路站點(diǎn)，如果系統(tǒng)的無(wú)線電數(shù)據(jù)鏈路受到干擾或阻塞，系統(tǒng)無(wú)法獲得高精度解決方案結(jié)果；③GPS RTK技術(shù)的測(cè)量精度與特定參考站有關(guān)。盡管單個(gè)繪圖點(diǎn)的點(diǎn)精度較高，但繪圖點(diǎn)與繪圖點(diǎn)之間的相對(duì)精度可能較低。

3.3 在圖根控制點(diǎn)采取GPS RTK測(cè)量的措施

為了提高GPS RTK系統(tǒng)觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在測(cè)量地圖根控制點(diǎn)時(shí)，可以采取以下措施來(lái)減少或消除上述因素的影響：①每個(gè)圖根具有至少兩個(gè)視角方向，視線方向角度控制在60～120°之間，距離盡可能遠(yuǎn)。當(dāng)全站儀采集到碎部數(shù)據(jù)時(shí)，觀察圖根點(diǎn)之間的距離和角度，以檢查點(diǎn)位置的精度和點(diǎn)之間的相對(duì)精度。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)補(bǔ)救，削弱誤差。地形測(cè)量質(zhì)量的負(fù)面影響；②在寬視野，便捷的交通，便利的長(zhǎng)期保存的地方選擇圖根點(diǎn)，便于接收GPS衛(wèi)星信號(hào)；③地圖點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離各類輸電塔，高壓線路，通信線路，變壓器等帶有電磁輻射的物體，應(yīng)遠(yuǎn)離大面積水域；④為了養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣，GPS RTK系統(tǒng)必須在觀測(cè)前后的已知點(diǎn)進(jìn)行檢查，并在觀測(cè)過(guò)程中進(jìn)行多點(diǎn)檢測(cè)或重新檢測(cè)數(shù)據(jù)。

4 在地形測(cè)量碎部數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

在地形測(cè)量項(xiàng)目中，使用GPS RTK系統(tǒng)收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)具有天氣因素影響小，測(cè)繪精度高，無(wú)需考慮控制點(diǎn)之間可達(dá)性等優(yōu)勢(shì)。但是，也有無(wú)法觀察住宅區(qū)和森林，以及諸如觀察復(fù)雜地形（如溝壑）時(shí)遇到困難等缺陷。

（1）GPS RTK系統(tǒng)可以在地形測(cè)量過(guò)程中直接觀察開(kāi)放區(qū)域內(nèi)的獨(dú)立特征（如墳?zāi)梗鏊?，高程點(diǎn)等）和線性特征（所有類型的道路，水道等），精度可達(dá)達(dá)1～3cm。具體的做法是將流動(dòng)站放置在各種地面物體的位置點(diǎn)上。儀器狀態(tài)固定后，輸入所有類型地物的相應(yīng)屬性代碼進(jìn)行保存，在內(nèi)業(yè)整理時(shí)由程序根據(jù)屬性編碼對(duì)各類地物進(jìn)行相應(yīng)的表示。

（2）在地形測(cè)量的空曠地區(qū)，還會(huì)有一些獨(dú)立或小型的建筑物和林地，如住宅用地，工廠建筑物，廢棄房屋，水井和農(nóng)場(chǎng)等，對(duì)上述地物進(jìn)行分類，以項(xiàng)目效益最化為原則，采取不同的措施進(jìn)行處理。GPS RTK系統(tǒng)遇到的地形測(cè)量處理方法如下：①對(duì)于低層建筑物，將增加對(duì)中桿的高度，使GPS RTK系統(tǒng)的衛(wèi)星接收天線直接延伸到屋頂；②用于觀測(cè)輔助點(diǎn)的GPS RTK系統(tǒng)觀測(cè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高層建筑。觀察角度A，B，C和D，觀察其各自延伸線上的輔助點(diǎn)然后畫一個(gè)草繪并記錄要測(cè)量的點(diǎn)，輔助點(diǎn)的編號(hào)和連接順序；③對(duì)于在森林附近的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高層建筑，將GPS RTK系統(tǒng)用作適當(dāng)位置的圖根控制點(diǎn)，然后使用全站儀進(jìn)行附加測(cè)量。

（3）地形調(diào)查項(xiàng)目主要分布在城市，工廠，礦山等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。這一地區(qū)的通信和電力系統(tǒng)相對(duì)發(fā)達(dá)，傳輸塔，高壓電桿，低壓電桿和通信電纜比比皆是。在收集GPS RTK系統(tǒng)數(shù)據(jù)時(shí)，必須精確定位高壓電極，低壓電極和通信極，每個(gè)電極具有一定的厚度和高度。當(dāng)GPS衛(wèi)星接收天線接近極點(diǎn)位置時(shí)，會(huì)阻擋部分衛(wèi)星信號(hào)，電桿上的電力線和通信線路均存在電磁干擾，造成數(shù)據(jù)采集困難。如果GPS RTK系統(tǒng)收集其他數(shù)據(jù)并使用全站儀測(cè)試各種類型的電線桿和通訊棒，則工作負(fù)荷將呈指數(shù)增長(zhǎng)。利用GPS RTK技術(shù)的設(shè)計(jì)理念，當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)收集各種極點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，流動(dòng)站的GPS衛(wèi)星接收天線關(guān)閉極點(diǎn)位置并更快地保存數(shù)據(jù)（一般為2～4s）。如果速度太快，則數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送的基站信息不能被充分利用。如果速度太慢，由于某些衛(wèi)星信號(hào)的屏蔽，電源線和電源線的電磁干擾通信線路將導(dǎo)致系統(tǒng)在固定解決方案狀態(tài)下失鎖。

（4）GPS RTK系統(tǒng)在地形測(cè)量碎部數(shù)據(jù)采集中應(yīng)注意的問(wèn)題：①對(duì)于小面積特征地物，應(yīng)盡可能采用各種輔助方法，以防止遺漏。在地形測(cè)量的數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，由行走、站位到保存數(shù)據(jù)這一過(guò)程中不要?jiǎng)幼魈?。②從其工作原理可以看出，基站和漫游器每秒要求一次無(wú)線數(shù)據(jù)通信鏈路。為了提高準(zhǔn)確度并降低錯(cuò)誤率，可以在數(shù)據(jù)保存之前停頓2～4s保存數(shù)據(jù)。

5 總結(jié)

GPS RTK是一種地質(zhì)測(cè)量技術(shù)，是一種實(shí)時(shí)觀測(cè)技術(shù)，比以往的靜態(tài)觀測(cè)技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)，特別是處理復(fù)雜環(huán)境的精度和測(cè)量速度。它在野外調(diào)查的開(kāi)闊地區(qū)非常迅速地進(jìn)行測(cè)量，并且通過(guò)使用光導(dǎo)體提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性和速度。常用的測(cè)量方法對(duì)植被密集的山區(qū)沒(méi)有明顯的影響，但RTK技術(shù)顯示出更大的優(yōu)勢(shì)。這種定位技術(shù)的快速反應(yīng)和準(zhǔn)確定位為其帶來(lái)了良好的發(fā)展前景，它將在數(shù)字化測(cè)量中以新代舊，書寫新的歷史。