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新兴县国土资源局测绘队 527400
摘要：本文阐述了GPS-RTK技术原理与常用测量方法，分析了影响RTK测量精度的因素，并结合国土测绘案例探讨了RTK技术的应用。
关键词：GPS-RTK；国土测绘；应用
国土测绘在国民经济建设和社会发展中正发挥着越来越大的作用，由于经济发展对资源的依赖，若处理不好资源消耗与生态环境保护之间的关系，就会影响社会经济的可持续性，国土测绘是为资源利用特别是土地资源合理利用提供服务的基础性工作，通过为土地资源管理部门及社会各界提供及时、准确的地理信息，为社会经济的可持续发展创造条件。进行国土测绘时，常规测绘方法工作强度大、作业效率低，很难充分满足测绘工作的需要，而GPS-RTK技术具有全天候观测、布点灵活、测量精度高、计算速度快等优势，易于满足国土测绘的需要。但是应用GPS-RTK技术不仅要知其优点，也要了解其不足，这样才能掌握测量精度，使GPS-RTK技术得到更好的应用，为此本文作了分析和探讨。
1 GPS-RTK技术的基本原理与测量方法
1.1 RTK原理
RTK是基于GPS位置差分、伪距差分和载波相位差分的动态定位测量技术[1]。不经过差分校正的GPS技术只能达到亚米级精度，无法满足精确测量要求。RTK利用基准站发送上述3种差分方式的改正数，再由移动站接收并对测量结果进行修正，这样就能获得更精确的定位结果。但3种差分方式所获得的精度是不一样的，位置差分和伪距差分定位误差与流动站到基准站之间的距离密切关系，随着距离增加定位精度下降很快，所以一般采用载波相位差分方法。通常，RTK测量由1个基准站和1个或多个流动站组成。基准站采集GPS卫星载波相位观测值和站点坐标数据，流动站既采集GPS卫星载波相位值，也同时接受基准站的信息，经过OTF技术求解整周模糊度并作实时差分、平差处理，最后得到本站坐标数据。为了完成整周模糊度的求解，要求至少能够接收到5颗卫星，并且这些卫星的几何分布PDOP值≯6。为了消除或削弱钟差、星历误差、电离层与对流层的延迟误差等各类误差，RTK需采用双差观测值，这样可以达到厘米级精度。
1.2 GPS-RTK测量方法
目前，GPS-RTK常采用两种方法，一是“无投影/无转化法”，即基准站、流动站分别接收WGS-84坐标及相应地方坐标，然后用已知点坐标进行转换，基准站不需要一定设在已知点上，通过坐标转换也能得到站点坐标；二是“键入参数法”，不像前一种方法需要测量若干已知点坐标，但基准站必须设在已知点上，再利用静态观测获得相应坐标并键入手簿中转换或输入静态观测平差取得转换参数。对测量结果可以采用已知点校核比较、重测比较、电台变频实时检测等方法控制测量质量，已知点数量充足时采用已知点控制是最理想的，若已知点数量不足可利用重测比较法进行控制，若有2个以上的基准站也可采用电台变频法进行控制。
2 影响GPS-RTK测量精度的因素
2.1 外界影响因素
外界影响因素包括卫星几何分布、多路径效应、流动站到基准站的距离。卫星几何分布包括卫星几何形状和高度角，一般可用GDOP衡量，它由HDOP（二维定位模糊度）、VDOP（高度定位模糊度）、PDOP（三维定位模糊度）和TDOP（时间模糊度）来描述。GDOP较小时有利，也就是1个卫星在天顶，其余卫星相距120°左右，此时卫星几何形状最优。高度角较大时测量的平面精度和高程精度也较好[2]。多路径效应是指测站周围多路径反射面信号传播对GPS卫星信号造成的延迟影响，如测站之间的大面积水面、山谷、盆地、高层建筑物以致无线电台都会成为RTK测量的误差源，尤其对快速静态和动态GPS-RTK定位影响大，并有可能成为主要误差源，实验证明茂密的树林内、太靠近高压线、在高楼下面测量精度可能会受到较大影响[3]。流动站到基准站的距离影响前面已有所涉及，当两站距离较大时，GPS误差的空间相关性减弱，不能通过差分处理来消除误差，经实验验证两站距离控制在10km内才能有效限制误差影响。
2.2内部影响因素
内部影响因素包括浮点解和坐标转换影响。浮点解是指模糊度参数取实数时求解出的基线向量解。当受到GPS信号不佳、卫星状况不好、视场受障碍物影响时，解算整周模糊度遇到困难，此时就可能形成浮点解，实验结果也表明浮点解会造成较大的平面误差和高程误差，这样测量的精度已超出了一般工程测量要求，所以测量人员应对整周模糊度解算过程有所了解，避免浮点解的出现。在遇到观测条件较差的地段，通过增加观测时间可以提高测量精度。求解坐标转换参数是RTK测量中非常重要的一个环节，在求解坐标转换参数时公共点的选择直接影响测量精度，为此应采用高等级控制点作为公共点，也就是在测区范围内不少于2个控制点，并能均匀覆盖整个测区，相邻控制点的距离不宜过大，保持3～5km较佳，这样可以获得较高的拟合精度。
3 GPS-RTK技术在国土测绘中的应用
3.1 项目概况
某测区位于市郊，地势平坦，但分布大量房屋、鱼塘和树木，影响通视。需要测量的地块呈带状，作业半径有5km之阔，宗地数量多，权属关系复杂，要在规定时间内通过全站仪导线网、图根三角测量建立控制网，再进行碎步测量，完成权属界址点测量几无可能，而利用GPS静态或快速静态相对定位测量不需要通视，效率较高，但无法实时获取定位精度，若经内业处理发现精度不满足要求再重测也必然影响作业进度，而RTK技术不仅能够实时获取定位精度，还能快速完成碎步测量，所以经过分析比较决定通过RTK建立图根测量控制网，碎步测量则采用RTK结合全站仪的方法，在房屋密集、隐蔽地段联合观测更有优势。
3.2实施方法
采用“键入参数法”进行测量。首先建立基准站，如前所述，RTK技术测量距离不宜超过10km，按照这个要求选定测区一栋楼房屋顶的E级GPS控制点作为基准站，卫星接收状况也比较理想。坐标转换可选择三参数、四参数、七参数，结合本测区作业半径大、E级GPS控制点多的实际情况，采用七参数更易于保证测量精度，所以通过选择10个分布均匀的公共点，求取WGS-84坐标系到1980西安坐标系的转换参数，并键入基准站RTK接收机中。然后设置接收机电台频率、工作方式，开始测量作业。
先对RTK作业精度进行分析。采用已知点比较校核法检验了10个E级GPS控制点的精度，点位中误差=0.011m，高程中误差=0.019m，满足RTK测量技术规范要求。为了检验图根控制测量精度，采用全站仪一级导线联测了部分控制点，较差结果为=±0.015m， =±0.025m，精度也达到要求。通过全站仪极坐标法联测了300个碎部点，点位误差较差、高程误差较差结果表明，RTK碎步测量精度完全可以满足相关规范要求。
4 结语
GPS-RTK技术是GPS全球定位技术之后的具有里程碑意义的新技术，具有灵活高效、测量精度高的优势，可大幅提高国土测绘的精度和效率，必将在国土测绘中发挥重要的作用，并获得更加广泛的应用。
参考文献：
[1] 粱铭.GPS-RTK技术在地籍测绘中的应用[J].全球定位系统，2014，39（4）：97-100.
[2] 郑建雷，刘国超，徐秀杰，等.GPS RTK测量精度的分析[J].地理空间信息，2014，12（6）：97-99.
[3] 徐仁广.多路径效应影响下GPS-RTK测量精度的分析[J].测绘与空间地理信息，2013，36（5）：94-96.
摘要：本文阐述了GPS-RTK技术原理与常用测量方法，分析了影响RTK测量精度的因素，并结合国土测绘案例探讨了RTK技术的应用。
关键词：GPS-RTK；国土测绘；应用
国土测绘在国民经济建设和社会发展中正发挥着越来越大的作用，由于经济发展对资源的依赖，若处理不好资源消耗与生态环境保护之间的关系，就会影响社会经济的可持续性，国土测绘是为资源利用特别是土地资源合理利用提供服务的基础性工作，通过为土地资源管理部门及社会各界提供及时、准确的地理信息，为社会经济的可持续发展创造条件。进行国土测绘时，常规测绘方法工作强度大、作业效率低，很难充分满足测绘工作的需要，而GPS-RTK技术具有全天候观测、布点灵活、测量精度高、计算速度快等优势，易于满足国土测绘的需要。但是应用GPS-RTK技术不仅要知其优点，也要了解其不足，这样才能掌握测量精度，使GPS-RTK技术得到更好的应用，为此本文作了分析和探讨。
1 GPS-RTK技术的基本原理与测量方法
1.1 RTK原理
RTK是基于GPS位置差分、伪距差分和载波相位差分的动态定位测量技术[1]。不经过差分校正的GPS技术只能达到亚米级精度，无法满足精确测量要求。RTK利用基准站发送上述3种差分方式的改正数，再由移动站接收并对测量结果进行修正，这样就能获得更精确的定位结果。但3种差分方式所获得的精度是不一样的，位置差分和伪距差分定位误差与流动站到基准站之间的距离密切关系，随着距离增加定位精度下降很快，所以一般采用载波相位差分方法。通常，RTK测量由1个基准站和1个或多个流动站组成。基准站采集GPS卫星载波相位观测值和站点坐标数据，流动站既采集GPS卫星载波相位值，也同时接受基准站的信息，经过OTF技术求解整周模糊度并作实时差分、平差处理，最后得到本站坐标数据。为了完成整周模糊度的求解，要求至少能够接收到5颗卫星，并且这些卫星的几何分布PDOP值≯6。为了消除或削弱钟差、星历误差、电离层与对流层的延迟误差等各类误差，RTK需采用双差观测值，这样可以达到厘米级精度。
1.2 GPS-RTK测量方法
目前，GPS-RTK常采用两种方法，一是“无投影/无转化法”，即基准站、流动站分别接收WGS-84坐标及相应地方坐标，然后用已知点坐标进行转换，基准站不需要一定设在已知点上，通过坐标转换也能得到站点坐标；二是“键入参数法”，不像前一种方法需要测量若干已知点坐标，但基准站必须设在已知点上，再利用静态观测获得相应坐标并键入手簿中转换或输入静态观测平差取得转换参数。对测量结果可以采用已知点校核比较、重测比较、电台变频实时检测等方法控制测量质量，已知点数量充足时采用已知点控制是最理想的，若已知点数量不足可利用重测比较法进行控制，若有2个以上的基准站也可采用电台变频法进行控制。
2 影响GPS-RTK测量精度的因素
2.1 外界影响因素
外界影响因素包括卫星几何分布、多路径效应、流动站到基准站的距离。卫星几何分布包括卫星几何形状和高度角，一般可用GDOP衡量，它由HDOP（二维定位模糊度）、VDOP（高度定位模糊度）、PDOP（三维定位模糊度）和TDOP（时间模糊度）来描述。GDOP较小时有利，也就是1个卫星在天顶，其余卫星相距120°左右，此时卫星几何形状最优。高度角较大时测量的平面精度和高程精度也较好[2]。多路径效应是指测站周围多路径反射面信号传播对GPS卫星信号造成的延迟影响，如测站之间的大面积水面、山谷、盆地、高层建筑物以致无线电台都会成为RTK测量的误差源，尤其对快速静态和动态GPS-RTK定位影响大，并有可能成为主要误差源，实验证明茂密的树林内、太靠近高压线、在高楼下面测量精度可能会受到较大影响[3]。流动站到基准站的距离影响前面已有所涉及，当两站距离较大时，GPS误差的空间相关性减弱，不能通过差分处理来消除误差，经实验验证两站距离控制在10km内才能有效限制误差影响。
2.2内部影响因素
内部影响因素包括浮点解和坐标转换影响。浮点解是指模糊度参数取实数时求解出的基线向量解。当受到GPS信号不佳、卫星状况不好、视场受障碍物影响时，解算整周模糊度遇到困难，此时就可能形成浮点解，实验结果也表明浮点解会造成较大的平面误差和高程误差，这样测量的精度已超出了一般工程测量要求，所以测量人员应对整周模糊度解算过程有所了解，避免浮点解的出现。在遇到观测条件较差的地段，通过增加观测时间可以提高测量精度。求解坐标转换参数是RTK测量中非常重要的一个环节，在求解坐标转换参数时公共点的选择直接影响测量精度，为此应采用高等级控制点作为公共点，也就是在测区范围内不少于2个控制点，并能均匀覆盖整个测区，相邻控制点的距离不宜过大，保持3～5km较佳，这样可以获得较高的拟合精度。
3 GPS-RTK技术在国土测绘中的应用
3.1 项目概况
某测区位于市郊，地势平坦，但分布大量房屋、鱼塘和树木，影响通视。需要测量的地块呈带状，作业半径有5km之阔，宗地数量多，权属关系复杂，要在规定时间内通过全站仪导线网、图根三角测量建立控制网，再进行碎步测量，完成权属界址点测量几无可能，而利用GPS静态或快速静态相对定位测量不需要通视，效率较高，但无法实时获取定位精度，若经内业处理发现精度不满足要求再重测也必然影响作业进度，而RTK技术不仅能够实时获取定位精度，还能快速完成碎步测量，所以经过分析比较决定通过RTK建立图根测量控制网，碎步测量则采用RTK结合全站仪的方法，在房屋密集、隐蔽地段联合观测更有优势。
3.2实施方法
采用“键入参数法”进行测量。首先建立基准站，如前所述，RTK技术测量距离不宜超过10km，按照这个要求选定测区一栋楼房屋顶的E级GPS控制点作为基准站，卫星接收状况也比较理想。坐标转换可选择三参数、四参数、七参数，结合本测区作业半径大、E级GPS控制点多的实际情况，采用七参数更易于保证测量精度，所以通过选择10个分布均匀的公共点，求取WGS-84坐标系到1980西安坐标系的转换参数，并键入基准站RTK接收机中。然后设置接收机电台频率、工作方式，开始测量作业。
先对RTK作业精度进行分析。采用已知点比较校核法检验了10个E级GPS控制点的精度，点位中误差=0.011m，高程中误差=0.019m，满足RTK测量技术规范要求。为了检验图根控制测量精度，采用全站仪一级导线联测了部分控制点，较差结果为=±0.015m， =±0.025m，精度也达到要求。通过全站仪极坐标法联测了300个碎部点，点位误差较差、高程误差较差结果表明，RTK碎步测量精度完全可以满足相关规范要求。
4 结语
GPS-RTK技术是GPS全球定位技术之后的具有里程碑意义的新技术，具有灵活高效、测量精度高的优势，可大幅提高国土测绘的精度和效率，必将在国土测绘中发挥重要的作用，并获得更加广泛的应用。
参考文献：
[1] 粱铭.GPS-RTK技术在地籍测绘中的应用[J].全球定位系统，2014，39（4）：97-100.
[2] 郑建雷，刘国超，徐秀杰，等.GPS RTK测量精度的分析[J].地理空间信息，2014，12（6）：97-99.
[3] 徐仁广.多路径效应影响下GPS-RTK测量精度的分析[J].测绘与空间地理信息，2013，36（5）：94-96.