刍议GPS RTK技术的测量精度及应用

孙全付

（云南地质工程第二勘察院，云南 昆明 650218）

1 GPSRTK实时动态技术的介绍

实时动态技术简称RTK，又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。先求解起始相位整周模糊度，又称RTK初始化，然后进行实时差分，它要求基准站GPS接收机实时地把观测精度及已知点数据实时地传输给流动站GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测4颗以上卫星后，可实时求解出厘米级的流动站动态位置。

1.1 RTK测量的原理

RTK技术采用相位差分GPS，是由基准站发送改正数，由流动站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于流动站上，基准站和流动站同时接收同一时间相同GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传递给流动站以精化其GPS观测值，得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。

1.2 RTK系统的组成。①RTK信号接收系统；②数据实时传输系统；③数据实时处理系统。

1.3 作业方法

①“无投影／无转换”法。直接用接收机在基准站和流动站接收WGS-84坐标，其后利用观测的已知点的WGS-84坐标和相应的地方坐标根据一定的数学模型进行转换。这种方法基准站不一定要安置在已知点上，可在地势比较高的如房顶、土包、开拓地等设置一台GPSRTK接收机作为基准站，但根据不同的转换方法，需要观测一定数量的已知点。

②“键入参数”法。把用静态观测求得的WGS-84坐标和地方坐标键入到手簿中，进行转换，也可以置入静态观测平差时求取的转换参数。该方法基准站须架设在已知点上，但可以不观测其他已知点(为了检核，建议在方便时还足观测一定量的已知点)。设置一台GPS接收机作为基准站，并将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS控制手簿，一台或几台GPS接收机设置为流动站。基准站和流动站同时接收卫星信号，基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站，流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理，实时得到本站的坐标和高程及其精度指标等，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较，一旦实测精度达到预设精度指标的要求，手簿将提示测量人员是否接受该成果，接受后手簿将测得的坐标、高程及精度数据同时存储到手簿中。

2 RTK测量特点

①保留了所有经典GPS功能，如静态测量、快速静态测量等，观测数据亦可采用后处理的方式。②经典GPS测量不具备实时性，测绘放样工作还得配备全站仪。RTK则可直接放样测量，精度可达厘米级。③RTK可进行快速动态定位，在测量中遇到障碍物造成失锁，也可重新捕获到卫星后几分钟内完成初始化，并重新测量。④在接收到GPS信号的任何地点、任何时间均可进行RTK测量。⑤进行RTK测量时，可采用1+l或l+N的方式进行作业，各移动站之间可独立作业，大大提高工作效率。⑥RTK的优点是在控制测量时既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度，比常规仪器省时、精度均匀，大大提高了工作效率。

3 应用实例

使用某公司升级后的GPS动态接收机 (标示精度10mm+5ppm)，选择3个以上具有水准离程且均匀分布在RTK测量范围的四等GPS点作为公共点，求取七参数进行WGS-84坐标系到地方坐标系的转换，利用其他几个已知点作为检核。

3.1 GPSRTK代替测绘静态加密一级导线的实例。①实例区概况。实例区位于某省北部，测绘 1：1000数字化地形图测量面积约21.57km2，主要为居民地、平地，最大高差约20m，平均海拨为3.0m，实例区附近已利用GPS静态测绘的四等GPS点，高程已经四等水准联测，坐标系统采用该省平面坐标系，高程采用1985国家高程基准。②一级导线观测情况。RTK分修正法和差分法修正法是基准站将载波相位修正量发送给流动站，以改正其载波相位，然后求解坐标；差分法是将基准站采集的载波相位发送给流动站进行求差解算坐标。前者为准RTK技术，后者为真正的RTK技术。在四等GPS点下布设一级导线网，用南方测绘静态GPS测定，高程网以测区附近的四等水准点为基准、附合水准测量方法测量，共布设56个E级GPS点。③GPSRTK施测结果与南方测绘静态GPS测定结果比较。本区用RTK共检测一级导线点 31点，用控制点(IV04，E001，E008，E028)建模，在计算完转换参数后再用点E003，E015来进行检查，平面坐标差值不超过±1.0cm，高程值不超过±2.0cm，其精度完全达到RTK采点的要求，RTK可以代替地形控制测量的一、二级导线测量及图根控制测量。

3.2 GPSRTK采集界址点实例

同一区域，在二级导线以上控制点上，应用GPSRTK技术对一些能接收卫星信号的界址点进行了检测 (流动站距基准站最大距离为2.59km，最近距离210m，平均距离为1.54km)。全区共检测界址点2l点，与用全站仪极坐标法观测的坐标值相比较，最大差值为dx=－1.5cm，dy=1.3cm。RTK技术采集的界址点精度符合《工程测量规范》中有关定线放样的技术要求。

4 精度分析

由比较结果可知：RTK测设的一级GPS点平面成果和静态GPS测设的精度比较接近；在高程方面，RTK测设的高程和四等水准高程精度也比较接近；静态GPS水准拟合的高程能满足地形测图的精度要求；RTK测设的平面成果和高程完全可以满足图根控制测量的精度。

5 影响精度的因素及应对措施

在实际作业中，我们发现影响RTK精度的主要因素有：①基准站坐标精度。由RTK的工作原理可知，如果基准站的坐标精度较低，流动站得到的3维坐标就都带有系统偏差。因此基准站坐标具有较高的精度非常重要。②坐标转换参数精度。求解坐标转换参数至少需要3个已知公共点，其精度不仅与测区内选择的公共点的位置和数量有关，还与选用的已知公共点的坐标精度有密切关系。③作业环境。参考站的选择要合适。参考站要远离大功率无线电发射台、变电站、飞机场、高压线等无线电干扰源，远离大面积水域，防止GPS信号的多路径效应影响。④人为因素。测量人员作业的熟练程度很重要。在作业时，如果屏幕显示不是固定解就记录数据，会使测设点的精度很低，甚至出现错误；如果接收机天线未保持垂直，测设的成果就不可取，人为地降低了测设点坐标精度；如果电瓶电量不足，也会降低流动站测设坐标的精度和可靠性。

结论：①GPSRTK技术因高效率、灵活、误差不积累及厘米级的高精度越来越受到测绘人员的青睐。RTK高程精度低于平面精度，而地形测量对高程的精度要求较低。因此，应用RTK技术来进行地籍一、二级控制和界址点测量是目前较为理想的方法，在勘测定界中优势尤为突出。也就是说，RTK测量方法可以替代常规的一、二级导线测量及图根控制、界址点测量。②与静态、快速静态GPS测量相比较，RTK无足够的几何检核条件。在使用RTK布设加密控制点要加强检核，若代替一、二级点，可以采取在不同的基准站上分别独立施测或设立双基站的方式施测，取中数使用，这样不但避免了粗差，而且使点位精度得到提高。③RTK定位的数据处理主要是基准站和流动站间的单基线处理，而基准站和流动站的观测数据质量及无线电信号的传播质量对定位精度的影响极大。因此，要把基准站设立在进行RTK测量区域的较高点上，并提高基准站和流动站天线的架设高度。④RTK测点必须在求取WGS-84坐标到地方坐标系转换参数的高级控制点的范围内，同时尽量均匀分布，最高、最低点也尽可能选上。综上所述，GPSRTK技术可以用于地形测量，其精度满足相关规范规程的要求，而且省时省力，大大提高了工作效率，节省了费用。

[1]余小龙，胡学奎.GPSRTK技术的优缺点及发展前景.测绘通报，2007年10期.

[2]杨春生，袁中凡，王华，刘美生.基于GPS-RTK技术的汽车运动稳定性检测系统.