公路测绘中GPS RTK技术应用与质量控制

　　摘要：通过工程实例，对 GPS RTK技术的优点和不足进行了解和掌握，同时通过良好的质量控制方法和优化作业方法，使GPS RTK技术的应用效果更加良好。

　　关键词：GPS RTK;优点;不足;解决办法;质量控制

　　Abstract: Through the engineering examples, this paper take the strengths and weaknesses of the GPS RTK technology understanding, through the good quality control methods to optimiz working practices, the application of GPS RTK technology was more good.

　　Key words: GPS and the RTK; advantages; inadequate; solution; quality control

　　中图分类号：TB2文献标识码： A 文章编号：2095-2104(2012)05-0020-02

　　传统的公路勘测工作非常辛苦，而且繁琐，存在着勘测周期长、工作效率低等诸多问题。目前，GPS技术日益成熟、普及GPS技术的发展为公路勘测技术的腾飞奠定了坚实的基础。

　　GPS RTK测量技术集合了GPS快速解算、数据无线传输、快速跟踪等多项先进技术，被广泛应用于全国公路勘测和施工中，主要因为其测量模式和测量速度、精度比以往的测量方式有了很大的变革，最大限度地减轻公路勘测工作量、提高公路勘测效率和勘测精度。本人根据近几年在天津公路测绘工程项目实际应用中，对GPS RTK技术有了一些经验和心得，下面就其在实际应用中的优劣性以及如何进行质量控制作简要分析。

　　1、GPS RTK技术的测量原理

　　GPS RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，其基本原理是：基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，在流动站通过无线电接收基准站所发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站基线向量(⊿X、⊿Y、⊿Z);基线向量加上基准站坐标得到流动站每个点WGS-84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标x，y和海拔高h。

　　2、GPS RTK技术的优点

　　2.1.定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足GPS RTK基本作业条件，在一定的作业半径范围内，GPS RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

　　2.2.测量速度快，作业效率高。在一般的地形地势下，GPS RTK设站一次即可测完5km半径的测区，大大减少了传统测量作业所需控制点数量和测量仪器的搬站次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即可测得一点坐标，测量速度快，劳动强度低，大大节省了外业费用，提高了劳动效率。

　　2.3.GPS RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。GPS RTK可胜任各种测绘的内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，外业数据传输至计算机，稍加处理即可，同时使辅助测量工作大大减少，减少人为误差，保证了作业精度。

　　2.4.降低了作业条件要求。GPS RTK技术不要求两点间通视，只要满足“电磁波通视”，因此，和传统测量方法相比，GPS RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。在传统测量方法看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足GPS RTK的基本作业条件，它能轻松地进行快速的高精度的测量作业。

　　2.5.操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在基准站和流动站设站时进行简单的设置，就可以边走边获取测量成果或进行坐标放样。能方便地与计算机或其他测量仪器通信，数据传输、存储、处理、转换能力强。仪器操作、手簿软件的使用简单易学。

　　3、GPS RTK的不足及其解决办法

　　3.1.受卫星状况限制。在一些时段，测区不能很好地被卫星覆盖，容易产生假值。在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密集区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受到限制。产生假值问题采用GPS RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可通过查看星历预报，选择作业时间来解决，必要时可辅以其他测量方法。

　　3.2.天空环境的影响。白天中午，受电离层干扰比较大，共用卫星数量少，有时接收不到5颗卫星，造成初始化时间比较长甚至不能初始化，也就无法进行测量。在天津地区，我们做过试验，在同样的条件和同样的地点上进行GPS RTK测量，上午11点之前和下午2点之后，GPS RTK测量结果快而准，而中午时分，很难进行GPS RTK测量。这点可见选择作业时段的重要性，选择双频机型也可消弱电离层的影响。

　　3.3.初始化能力和所需时间问题。在山区、城镇密楼区等测量作业时，GPS卫星信号被遮挡情况多，容易造成信号失锁，采用GPS RTK测量时有时需要经常重新初始化。这样测量的精度和效率都受到很大影响。解决这类问题的办法主要是选用初始化能力强、所需时间短的GPS RTK机型(TRIMBLE、LEICA等)。

　　3.4.数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。GPS RTK数据链传输容易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业测量精度和作业半径。在地形起伏比较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号也会受到限制。另外，当GPS RTK作业半径超过一定距离(一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同)时，测量结果误差超限，所以GPS RTK的实际作业半径比标称半径要小很多，工程实践证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上，在环境不良地段增设一些控制点。

　　3.5.稳定性问题。目前，GPS RTK测量的稳定性不及全站仪，这是由于GPS RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况、多路径效应影响的缘故。不同质量的GPS RTK系统，其稳定性差别较大。要解决此类问题，首先要选用精度和稳定性都较好的高质量机型，然后加强GPS RTK测量成果的质量控制。

　　3.6、高程异常问题。GPS RTK采用椭球高来计算高程，但国内测量都采用水准高来测量高程，椭球高和水准高之间并不是平行的，两者之间存在高程异常，如果要求高程比较精确，必须联测多个精度比较高的水准点，求出高程拟合参数，在山区、矿区等地址密度很不均匀的地方，高程异常比较大，因此高程误差就比较大。

　　此外，还有天线相位中心位置误差、电台电量不足等问题，都需要在实际生产应用中加以注意，采取有效的保证措施。

　　4、GPS RTK测量成果的质量控制

　　研究和实际应用都表明，GPS RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95%~99%，GPS RTK比GPS静态测量还多出一些误差因素如数据链传输误差等。尽管通过一些办法很大程度上弥补了一些不足之处，但和GPS静态测量相比，GPS RTK测量更容易出错，在实际应用中必须进行质量控制。其质量控制的方法主要有：

　　4.1、已知点检核比较法：即在布测控制网时，用静态GPS、全站仪、水准仪多测出一些控制点(GPS点、导线点、水准点)，然后用GPS RTK测量出这些控制点的三维坐标进行比较检核，发现问题立即采取措施改正。

　　4.2、重测检核比较法：每次初始化成功后，先重测2~3个已测过的GPS RTK点或高精度控制点，确认无误后方可进行GPS RTK测量。

　　4.3、双基站实时检测法：在测区内建立两个以上基准站，每个基准站采用不同的频道发送改正数据，流动站改变频道分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果，比较这些结果就可判断其质量高低。以上方法中，尽管已知点检核比较法最可靠，但控制点的数量总是有限的，所以在没有控制点的地方需要用重测检核比较法来检验测量成果。除此之外，还可以采用电台变频实时检测法进行质量控制。实践证明，采用这几种方法进行质量控制，确实发现一些问题，收到很好的效果。

　　5、 工程应用及精度分析

　　我们在汉榆公路1：1000数字化地形测量中，应用GPS RTK进行图根控制。为了检验GPS RTK控制点的实际精度，GPS RTK测量结束后，我们用全站仪(2〞)对全部控制点实测的边长、高差与测量坐标反算边长、高差比较，最大边长较差0.020米，最小边长较差0.002米，边长间距中误差为0.007米，高差(△H)最大较差为0.052米，最小为0.000米。结果表明所测点精度良好。可以看出， GPS RTK实测精度完全符合导线测量精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。

　　6、结束语

　　经过上述分析和总结，GPS RTK技术在实际应用过程中有很多好的方面，同时又存在着一些技术限制。我们只要了解到它的劣势所在，采用适宜的解决办法就能够把有益于实际生产的技术带到工程应用中来。同时通过良好的质量控制方法和优化作业方法，使GPS RTK技术的应用效果更加良好。

　　参考文献：

　　[1] 徐绍铨等《GPS测量原理及应用》(修订版)[M].武汉：武汉大学出版社，2005

　　[2] 《公路勘测规范》JTGC10-2007人民交通出版社

　　[3] 天津市测绘院GPS网络RTK测量技术规定(暂行)天津市测绘院 2006年

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文章名称： 公路测绘中GPS RTK技术应用与质量控制

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