摘要：從GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位原理和測(cè)量精度，結(jié)合工程應(yīng)用及精度檢驗(yàn)，分析并研究應(yīng)用RTK實(shí)時(shí)定位技術(shù)加密一級(jí)控制測(cè)量的可行性及應(yīng)采取的觀測(cè)措施。
　　關(guān)鍵詞：RTK；加密一級(jí)控制測(cè)量；OTF法；整周模糊度；應(yīng)用；精度檢驗(yàn)。
　　
　　一、引言
　　RTK（RealTimeKinematic）是指以載波相位為觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分GPS定位系統(tǒng)，它能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)測(cè)點(diǎn)在指定坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)成果。目前，雙頻GPS接收機(jī)使用RTK技術(shù)，以其速度快、實(shí)時(shí)，在10km范圍內(nèi)，標(biāo)稱精度可達(dá)到厘米級(jí)，已廣泛應(yīng)用于地形測(cè)量、地籍測(cè)量及各種工程測(cè)量等碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集及工程放樣中。
　　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位是GPS技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，它即克服了常規(guī)測(cè)量要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)而且點(diǎn)位精度不均勻，同時(shí)又避免了GPS靜態(tài)及快速靜態(tài)定位需要進(jìn)行后處理。如果采取適當(dāng)?shù)臏y(cè)量措施，使其滿足一、二級(jí)控制測(cè)量精度要求，將大大減輕測(cè)量作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。
　　二、RTK定位及精度因素分析
　　實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）差分定位原理是在基準(zhǔn)站上設(shè)置GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。根據(jù)基準(zhǔn)站的已知三維坐標(biāo)求出各觀測(cè)值的校正值（坐標(biāo)改正數(shù)、距離改正數(shù)或載波相位），并通過無線電通訊傳輸設(shè)備將校正值實(shí)時(shí)發(fā)送給各流動(dòng)站，流動(dòng)站將接收的GPS衛(wèi)星信號(hào)與基準(zhǔn)站傳來的校正值進(jìn)行差分計(jì)算，從而實(shí)時(shí)高精度地解算流動(dòng)站的三維坐標(biāo)。在RTK測(cè)量的作業(yè)模式中，OTF法（即onthefly,屬運(yùn)動(dòng)中解算整周模糊度，即在流動(dòng)站運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過觀測(cè)至少5個(gè)歷元，按一定算法求出整周模糊度之差）已有多種算法，是一種有前途的方法。
　　由于RTK技術(shù)是在兩臺(tái)GPS接收機(jī)間加一套無線電通訊系統(tǒng)來完成，在流動(dòng)站完成初始化后，將基準(zhǔn)站傳送來的載波觀測(cè)信號(hào)和流動(dòng)站接收到的載波觀測(cè)信號(hào)進(jìn)行差分處理，實(shí)時(shí)求解出兩點(diǎn)間的基線值，進(jìn)而由基準(zhǔn)站的坐標(biāo)求得流動(dòng)站的WGS-84坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即可實(shí)時(shí)求得流動(dòng)站的坐標(biāo)并給出其點(diǎn)位精度。因此，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的觀測(cè)質(zhì)量好壞以及無線電信號(hào)傳播質(zhì)量好壞對(duì)定位精度影響很大，主要包括衛(wèi)星星數(shù)、大氣狀況等。
　　在OTF解算未知的模糊值時(shí)，至少需要有5顆共同衛(wèi)星，衛(wèi)星數(shù)越多，解算模糊值時(shí)的速度越快，越可靠。研究表明，衛(wèi)星數(shù)增加太多對(duì)提高RTK點(diǎn)位精度不顯著，但可提高觀測(cè)成果的可靠性。
　　對(duì)流層和電離層都會(huì)對(duì)GPS信號(hào)傳播造成影響，基線越長，影響越大。當(dāng)基線較短時(shí)，其影響能夠模擬，殘差可通過觀測(cè)值的差分處理得到削弱或消除。
　　環(huán)境對(duì)RTK影響的主要因素有地形、基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的障礙物、覆蓋物、多路徑誤差、電波干擾等。
　　觀測(cè)方案和觀測(cè)者的操作對(duì)RTK結(jié)果的質(zhì)量和可靠性影響也很大，如：基準(zhǔn)站位置的選擇、校正點(diǎn)的選取、對(duì)中誤差、天線姿態(tài)、觀測(cè)次數(shù)等。
　　三、RTK在加密控制測(cè)量中的應(yīng)用
　　應(yīng)用實(shí)例一：
　　遼寧省阜新市城市加密測(cè)量控制網(wǎng)，由阜新市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院與遼寧工程技術(shù)大學(xué)測(cè)量工程系共同完成。為滿足城市各項(xiàng)建設(shè)工程和測(cè)繪地形圖、地籍圖的需要，在城市三、四等GPS控制網(wǎng)下，沿建成區(qū)的各主要道路交叉口共布設(shè)一級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)174個(gè)，控制面積50km2。一級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)使用Trimble5700雙頻GPS接收機(jī)按RTKGPS模式進(jìn)行觀測(cè)，RTK標(biāo)稱精度，水平：±（10mm＋1×10-6D）；垂直：±（20mm＋1×10-6D）。
　　基準(zhǔn)站選設(shè)在較高的樓頂上，避開周圍高于基準(zhǔn)站的建筑物或構(gòu)筑物，使基準(zhǔn)站的信號(hào)能覆蓋其控制區(qū)域。在城區(qū)選擇2個(gè)基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站到流動(dòng)站的距離為4～6km。選擇4個(gè)（含4個(gè)）以上具有水準(zhǔn)高程且均勻分布在測(cè)區(qū)周圍的三、四等控制點(diǎn)作為點(diǎn)校正。觀測(cè)時(shí)，流動(dòng)站天線桿利用快速對(duì)中支架，以提高對(duì)中精度。觀測(cè)數(shù)據(jù)由觀測(cè)手簿利用傳輸軟件直接傳到計(jì)算機(jī)內(nèi)，再經(jīng)分類整理成需要的成果表。
　　對(duì)用RTK觀測(cè)的城市一級(jí)GPS點(diǎn)采用以下方法進(jìn)行了檢測(cè)：
　　1、復(fù)測(cè)RTK點(diǎn)的平面坐標(biāo)
　　在觀測(cè)城市一級(jí)GPS點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)174個(gè)RTK點(diǎn)均增加一次多余觀測(cè)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果：兩次獨(dú)立觀測(cè)結(jié)果最大平面點(diǎn)位較差為33mm，最小為0，按雙觀測(cè)值之差求得觀測(cè)值中誤差為
　　  

　　此值說明RTK觀測(cè)的內(nèi)部符合精度良好，觀測(cè)的穩(wěn)定性好。
　　2、以四等GPS控制點(diǎn)（靜態(tài)觀測(cè)）的平面坐標(biāo)為可靠值進(jìn)行檢測(cè)
　　用RTK復(fù)測(cè)了19個(gè)（抽檢比例為11％）四等GPS控制點(diǎn)，以其平面坐標(biāo)為可靠值檢驗(yàn)RTK成果，比較后由平面點(diǎn)位差值△算得RTK相對(duì)四等GPS點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差為
　　

　　四等GPS網(wǎng)的最大平面點(diǎn)位中誤差MG為±35mm，則RTK相對(duì)三等GPS點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差為

　　
　　以上說明RTK點(diǎn)相對(duì)四等GPS點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差很小（僅±6.3mm），而相對(duì)三等GPS點(diǎn)的平面點(diǎn)位中誤差也僅為±35.6mm。
　　3、用全站儀進(jìn)行檢測(cè)
　　使用GTS-6全站儀（標(biāo)稱精度為2″，±（3mm＋2×10-6D）），在有控制點(diǎn)的區(qū)域，采用導(dǎo)線測(cè)量方法，按一級(jí)導(dǎo)線要求，檢測(cè)了34個(gè)（抽檢比例為19.5％）RTK點(diǎn)的平面坐標(biāo)，其平面點(diǎn)位中誤差為
　　

　　全站儀精度較高，其檢驗(yàn)的結(jié)果可視為可靠值，以上數(shù)值即可認(rèn)為是RTK平面點(diǎn)位精度。
　　在沒有控制點(diǎn)的區(qū)域，用全站儀測(cè)距的方法，按Ⅰ級(jí)測(cè)距精度要求檢測(cè)RTK兩點(diǎn)間邊長15條（抽檢比例為8.6％），其邊長較差的中誤差為
　　

　　同樣，以上數(shù)值即為RTK的兩點(diǎn)間邊長的中誤差，平均邊長D=450m，則邊長的相對(duì)中誤差為
　　應(yīng)用實(shí)例二：
　　中國石油遼陽石油化纖公司廠區(qū)1：500數(shù)字化地形測(cè)量加密控制網(wǎng)，在四等GPS控制網(wǎng)下布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線網(wǎng),平均邊長460m，共計(jì)29個(gè)點(diǎn)。導(dǎo)線網(wǎng)使用徠卡TC905全站儀（標(biāo)稱精度為2＂，±（2mm＋2×10-6D））進(jìn)行角度和距離觀測(cè)，導(dǎo)線網(wǎng)平差采用北京清華山維新技術(shù)開發(fā)公司《NASEW98》工程測(cè)量控制網(wǎng)微機(jī)平差軟件進(jìn)行嚴(yán)密平差，并直接打印出平差資料及計(jì)算成果。
　　使用拓普康HiPerPro雙頻GPS接收機(jī)，RTK標(biāo)稱精度，水平：±（10mm＋1×10-6D）；垂直：±（20mm＋1×10-6D）,以RTK模式按一級(jí)GPS點(diǎn)要求進(jìn)行復(fù)測(cè)。基準(zhǔn)站選設(shè)在視野較開闊的四等GPS點(diǎn)上，盡量避開周圍高于基準(zhǔn)站的建(構(gòu))筑物和各種高頻信號(hào)源的干擾。為了保證RTK的測(cè)量精度和可靠性，測(cè)量中采取了如下措施：
　　1、基準(zhǔn)站到流動(dòng)站的距離控制在5km以內(nèi)；
　　2、選擇5個(gè)以上具有四等水準(zhǔn)高程且均勻分布在測(cè)區(qū)周圍的四等GPS控制點(diǎn)作為點(diǎn)校正；
　　3、流動(dòng)站采用快速對(duì)中支架，以提高對(duì)中精度。
　　用GPSRTK復(fù)測(cè)的一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)如下：
　　平面點(diǎn)位較差：最大為67mm，最小為4mm；高程最大偏差85mm。其中流動(dòng)站距離基準(zhǔn)站2km以內(nèi)的21個(gè)RTK點(diǎn)，平面點(diǎn)位較差：最大為31mm，高程最大偏差40mm。平面點(diǎn)位中誤差為22.6mm，高程中誤差為13mm。
　　從上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，流動(dòng)站距離基準(zhǔn)站5km以內(nèi)時(shí)，個(gè)別RTK點(diǎn)的平面精度不能滿足一級(jí)導(dǎo)線的精度要求，而當(dāng)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站的距離控制在2km以內(nèi)時(shí)，測(cè)點(diǎn)精度較高，完全滿足一級(jí)導(dǎo)線的精度要求。對(duì)所有檢測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位誤差分析，測(cè)點(diǎn)精度隨著流動(dòng)站距離基準(zhǔn)站越遠(yuǎn)，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位誤差越大，當(dāng)基線長度接近5km時(shí)，測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位誤差在50～67mm之間，不能達(dá)到一級(jí)GPS點(diǎn)的點(diǎn)位精度要求。
　　應(yīng)用實(shí)例三：
　　柬埔寨王國國家57號(hào)公路改擴(kuò)建勘測(cè)工程，是我公司在2007年3月至6月完成的。工程項(xiàng)目位于柬埔寨王國的西北部，起于馬德望市5號(hào)公路與57號(hào)公路交匯處（東經(jīng)103°12′02″、北緯13°06′22″），終于拜林市柬泰邊境（東經(jīng)102°29′44″、北緯12°55′40″），全長104公里。線路走向?yàn)闁|西方向，為滿足測(cè)區(qū)內(nèi)投影長度變形不大于2.5cm/km的要求，采用高斯投影任意3°帶，中央子午線設(shè)為102°57’,參考橢球?yàn)镮ndian60，Y坐標(biāo)加１００公里的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。測(cè)區(qū)平均高程為35m。
　　首級(jí)控制為D級(jí)ＧＰＳ網(wǎng)，共布設(shè)31個(gè)點(diǎn)，最長邊長3.685km，最短邊長2.456km，平均邊長為3.23km。加密控制為一、二級(jí)ＧＰＳ點(diǎn)，共布設(shè)357個(gè)點(diǎn)。首級(jí)控制使用拓普康HiPerPro雙頻GPS接收機(jī)靜態(tài)觀測(cè)，高程為四等水準(zhǔn)。加密控制使用拓普康HiPerPro雙頻GPS接收機(jī)以RTK模式觀測(cè)，點(diǎn)校正選取基準(zhǔn)站相鄰的2個(gè)D級(jí)ＧＰＳ點(diǎn)，基準(zhǔn)站到流動(dòng)站的距離控制在2km以內(nèi)。一、二級(jí)ＧＰＳ點(diǎn)的檢測(cè)由中國路橋工程有限責(zé)任公司下屬的施工單位完成，使用全站儀施測(cè)導(dǎo)線的方法將D級(jí)ＧＰＳ點(diǎn)間的一、二級(jí)ＧＰＳ點(diǎn)連接成附合導(dǎo)線。
　　檢測(cè)情況統(tǒng)計(jì)如下：
　　

　　從上表統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，雖然流動(dòng)站距離基準(zhǔn)站的距離在2km以內(nèi)，部分RTK點(diǎn)的平面點(diǎn)位精度超過了5cm，且有1.7%的點(diǎn)位誤差比較大。分析其原因，筆者認(rèn)為，主要是點(diǎn)校正選取的控制點(diǎn)少，且分布不均勻所致。
　　四、結(jié)論
　　為明晰起見，將上述檢測(cè)情況綜合成下表：
　　

　　從上述城市、工業(yè)廠區(qū)、公路線路加密控制測(cè)量的三個(gè)應(yīng)用實(shí)例可以看出，在滿足本文所述實(shí)例的要求條件下，應(yīng)用GPS動(dòng)態(tài)差分RTK實(shí)時(shí)定位技術(shù)加密城市和工業(yè)廠區(qū)的控制測(cè)量，平面點(diǎn)位精度優(yōu)于±5cm，而對(duì)于線路測(cè)量工程的加密控制測(cè)量，在布設(shè)基本控制網(wǎng)時(shí)就應(yīng)考慮控制點(diǎn)邊長和點(diǎn)位分布，使用于點(diǎn)校正的控制點(diǎn)數(shù)量滿足其基本要求，這樣，加密控制測(cè)量的平面點(diǎn)位精度是可以達(dá)到±5cm的要求。應(yīng)用RTK技術(shù)加密控制測(cè)量的可行，主要得益于RTK自身定位理論的優(yōu)良性，并在作業(yè)時(shí)注意基準(zhǔn)站位置的選擇、控制流動(dòng)站到基準(zhǔn)站之間的距離、為求轉(zhuǎn)換參數(shù)（點(diǎn)校正）而選擇具有控制和代表測(cè)區(qū)范圍及高度的數(shù)量足夠的公共點(diǎn)。這樣，RTK完全可以滿足在四等網(wǎng)下加密一級(jí)及以下控制測(cè)量的精度要求，且各點(diǎn)間不存在誤差積累。RTK測(cè)量與GPS靜態(tài)測(cè)量相比，較易出錯(cuò)，必須進(jìn)行質(zhì)量控制，尤其在控制測(cè)量中更要進(jìn)行內(nèi)部和外部的可靠檢驗(yàn)。
　　為了解決RTK測(cè)量容易出錯(cuò)的問題，觀測(cè)中應(yīng)采取如下措施：
　　1．基準(zhǔn)站應(yīng)架設(shè)在高等級(jí)控制點(diǎn)上，流動(dòng)站距離基準(zhǔn)站的距離不應(yīng)超過2km，且應(yīng)在校正點(diǎn)范圍內(nèi)；
　　2.基準(zhǔn)站與流動(dòng)站應(yīng)同步鎖定5顆以上的衛(wèi)星，且PDOP值應(yīng)小于6；
　　3．點(diǎn)校正應(yīng)選擇4個(gè)（含4個(gè)）以上精度較高、分布均勻的控制點(diǎn)進(jìn)行，對(duì)校正值較差的控制點(diǎn)應(yīng)舍棄；
　　4．觀測(cè)前，應(yīng)在控制器配置項(xiàng)中對(duì)測(cè)點(diǎn)須達(dá)到的精度進(jìn)行設(shè)定；
　　5．GPSRTK控制點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行兩次獨(dú)立觀測(cè)；不同測(cè)站所測(cè)GPSRTK控制點(diǎn)應(yīng)有重合點(diǎn)；
　　6．流動(dòng)站應(yīng)采用快速對(duì)中支架對(duì)中整平。
　　
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