Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｅｃｏｎｏｍｙ ｉｎ Ａｒｅａｓ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 交通科技与经济 ２０１０年第２期（总第５８期） ＧＰＳ ＲＴＫ技术在道路测量中的应用 张京礼 ，李 盟２ （１．吉林市勘测设计院，吉林吉林１３２０１１；２．梅河口 市村镇建设管理处，吉林梅河口１３５０００） 摘要：道路测量一般具有测线长、工期短、精度要求高等特点。ＧＰＳ ＲＴＫ适应这一要求，在各种道路测量中得到 广泛应用。ＧＰＳ ＲＴＫ技术在简化道路测量的作业程序、提高作业效益的同时，其测量精度成为测绘工作者普遍关 心的问题。结合实践工作，在分析ＧＰＳ ＲＴＫ技术产生误差原因的基础上，提出削弱误差的方法，验证ＧＰｓ ＲＴＫ技 术的定位精度，供类似测量作业借鉴。 关键词：ＧＰＳ ＲＴＫ；道路测量；基准站；流动站；点位精度 中图分类号：Ｐ２２８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—５６９６（２０１０）０２—０１０８—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＰＳ ＲＴＫ ｉｎ ｔｈｅ Ｒｏａｄ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ—ｌｉ ，ＬＩ Ｈｕａ （１．Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｃｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ １３２０１１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｍｅｉｈｅｋｏｕ ｖｉｌ１ａｇｅ－ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｎａｇｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｍｅｉｈｅｋｏｕ １３５０００，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｏａｄ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｏｎｇ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ｌｉｎｅｓ，ｓｈｏｒｔ ｗｏｒｋ ｔｉｍｅ，ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ． ＧＰＳ ＲＴＫ ｃａｎ ｓｕｉｔ ｔｏ ｔｈｉｓ ｒｅｑｕｅｓｔ，ＳＯ ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ．ＧＰＳ ＲＴＫ ｓｉｍｐｌｅｓ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｒｏａｄ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ，ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ，ａｔ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｔｉｍｅ，ｉｔｓ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｂｅｃｏｍｅｓ ａ ｍａｔｔｅｒ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｃｏｎｃｅｒｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｓｕｒｖｅｙｏｒｓ．Ｓｉｎｃｅ ｏｕｒ ｃｏｌｌｅｇｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ＧＰＳ ＲＴＫ，ｗｅ ｄｏ ｍａｎｙ ｔｈｉｎｇｓ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｏｆ ＧＰＳ ＲＴＫ ｅｒｒｏｒ，ｉｔ ｂｒｉｎｇｓ ｕｐ ｅｒｒｏｒｓ ｄｉｍｉｎｉｓｈ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｉｔ ｔｅｓｔｓ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ＧＰＳ ＲＴＫ，ＳＯ ｉｔ ｈａｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕ１ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＧＰＳ ＲＴＫ；ｒｏａｄ ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ；ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎ；ｒｏｖｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ １ ＧＰＳ ＲＴＫ控制测量 站发送来的信号传输到控制手簿，组成差分观测值， 进行实时差分及平差处理，实时得出本站的坐标和 ＧＰＳ ＲＴＫ技术作业效率高，可以在作业现场 高程。 提供经过检验的测量成果，能够在满足精度的前提 ＧＰＳ ＲＴＫ控制测量时，首先用已知控制点建 下，摆脱后处理的负担和外业返工的困扰。道路测 立投影局部归化参数，仪器将直接记录坐标和高程， 量中常用的基本形式是：１台基准站接收机和１台 查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。一 或多台流动站接收机以及用于数据传输的电台。在 般水平残差控制在３ ｃｍ以内；垂直残差控制在 ＲＴＫ作业模式下将一些必要的数据输入ＧＰＳ控制 ５ ｃｍ以内，去除粗差。 手簿，如基准站的坐标、高程、坐标系转换参数、水准 面拟合参数等；流动站接收机在若干个待测点上设 ２ ＧＰＳ ＲＴＫ技术优点 置。基准站与流动站保持同时跟踪至少４颗以上的 １）作业效率高。在一般的地形地势下，高质量 卫星，基准站不断地对可见卫星进行观测，将接收到 的ＧＰＳ ＲＴＫ设站一次即可测完４ｋｍ半径的测区， 的卫星信号及改正数通过电台发送给流动站接收 大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器 机，流动站接收机将采集到的ＧＰＳ观测数据和基准 的“搬站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境 下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低， 收稿日期：２００９—０６—１８ 作者简介：张京礼（１９７３一），男，工程师，研究方向：工程测量 节省了外业费用，提高劳动效率。 ２）定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。 第２期 张京礼，等：ＧＰＳ ＲＴＫ技术在道路测量中的应用 只要满足ＲＴＫ的基本工作条件，在一定的作业半 径范围内（一般为４ｋｉｎ），ＧＰＳ ＲＴＫ的平面精度和 高程精度都能达到厘米级。 ３）降低了作业条件要求。ＧＰＳ ＲＴＫ技术不要 求２点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”。 因此，和传统测量相比，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的基本工作条件，它 也能轻松地进行快速的高精度定位作业。 ３ ＧＰＳ ＲＴＫ的误差特性及控制方法 ３．１ ＧＰＳ ＲＴＫ定位误差的分类 １）与仪器和干扰有关的误差：包括天线相位中 心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。 ２）与距离有关的误差：包括轨道误差、电离层误 差和对流层误差。 对固定基地站而言，与仪器和干扰有关的误差 可通过各种校正方法予以削弱，与距离有关的误差 将随移动站至基地站的距离的增加而加大，所以 ＲＴＫ的有效作业半径是非常有限的（一般为几公 里）。 ３．２与仪器及干扰有关的误差 １）天线相位中心变化。天线的机械中心和电子 相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的， 它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线 相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到３ ～５ ｃｍ。因此，若要提高ＲＴＫ定位精度，必须进行 天线检验校正，检验方法分为实验室内的绝对检验 法和野外检验法。 ２）多路径误差。多路径误差是ＲＴＫ定位测量 中最严重的误差。多路径误差取决于天线周围的环 境。多径误差一般为几厘米，高反射环境下可超过 １０ ｃｍ。多径误差可通过下列措施予以削弱：①选 择地形开阔、不具备大面积反射面的点位；②采用扼 流圈天线；③采用具有削弱多径误差的各种技术的 天线；④基地站附近辅设吸收电波的材料。 ３）信号干扰。信号干扰可能有多种原因，如无 线电发射源、雷达装置、高压线等，干扰的强度取决 于频率、发射台功率和至干扰源的距离。为了削弱 电磁波幅射副作用，必须在选点时远离这些干扰源， 离无线电发射台超过２００ ｍ，离高压线超过５０ ｍ。 在基地站削弱无线电噪声最有效的方法是连续监测 所有可见卫星的周跳和信噪比。 ４）气象因素。快速运动中的气象峰面，可能导 致观测坐标的变化达到１～２ ｄｍ。因此，在天气急 剧变化时不宜进行ＲＴＫ测量。 ３．３与距离有关的误差 与距离有关的误差大部分可通过多基准站技术 来消除。但是，其残余部分也随着至基地站距离的 增加而加大。 １）轨道误差。目前，轨道误差只有几米，其残余 的相对误差影响约为１ ＰＰＭ，就短基线（＜１０ ＫＭ） 而言，对结果的影响可忽略不计，对２０～３０ ｋｍ的 基线则可达到几厘米。 ２）电离层误差。电离层引起电磁波传播延迟从 而产生误差，其延迟强度与电离层的电子密度密切 相关，电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理 位置、季节变化、昼夜不同而变化，白天为夜间的５ 倍，冬季为夏季的５倍，太阳黑子活动最强时为最弱 时的４倍。利用下列方法使电离层误差得到有效的 消除和削弱：利用双频接收机将Ｌ１和Ｌ２的观测值 进行线性组合来消除电离层的影响；利用２个以上 观测站同步观测量求差（短基线）；利用电离层模型 加以改正。实际上ＲＴＫ技术一般都考虑了上述因 素和办法。但在太阳黑子爆发期内，不但ＲＴＫ测 量无法进行，即使静态ＧＰＳ测量也会受到严重影 响，太阳黑子平静期小于５ ＰＰＭ。 ３）对流层误差。对流层误差同点间距离和点间 高差密切相关，一般可达３ ＰＰＭ。为了保证ＲＴＫ 厘米级精度，要对与测站有关的误差一起模拟。 ３．４ ＧＰＳ ＲＴＫ的精度和稳定性问题 ＧＰＳ ＲＴＫ测量的精度和稳定性都不及全站 仪。特别是稳定性方面，这是由于ＧＰＳ ＲＴＫ定位 容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的 缘故。不同质量的ＧＰＳ ＲＴＫ系统，其精度和稳定 性差别较大。因此，与ＧＰＳ静态测量相比，ＲＴＫ测 量更容易出错，必须进行质量控制。 质量控制的方法主要有：①已知点检核比较法。 即在布测控制网时用静态ＧＰＳ或全站仪多测出一 些控制点，然后用ＧＰＳ ＲＴＫ测出这些控制点的坐 标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。②重 测比较法。每次初始化成功后，先重测１～２个已测 过的ＲＴＫ点或高精度控制点，确认无误后才进行 ＲＴＫ测量。③电台变频实时检测法。在测区内建 立２个以上基准站，每个基准站采用不同的频率发 送改正数据，流动站用变频开关选择性地分别接收 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，最可靠的是已知点检核比较法。 ・１１Ｏ・ 交通科技与经济 第１２卷 但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地 方需要用重测比较法来检验测量成果，电台变频实 量使用同一网平差的控制点或同一等级内的同一个 三角形的点作为起算点。 表２与ＧＰＳ静态测量成果比较 时检测法的实时性好，但它需具备一定的仪器条件。 ４ 应用实例 某道路工程，根据现场情况在道路２端布设２ 对起算点，对其进行ＧＰＳ静态观测。在此基础上沿 线布设ＩＩ级导线，用全站仪进行观测。此１Ｉ级导线 精度完全满足《城市测量规范》的各项要求。最后用 ＧＰＳ ＲＴＫ对此ＩＩ级导线点进行定位测量，其观测 结果及误差见表１。 表１ ＧＰＳ ＲＴＫ成果与二级导线成果比较 检测ＧＰＳ静态平差控制点，等级均为ＩＶ等，其 观测结果及较差见表２。 通过比较分析，可以认为ＧＰＳ ＲＴＫ作业方式 完全可以满足图根控制测量平面精度要求。根据 ＩＶ等以下各级控制测量至１：５００图根控制测量对 于精度要求的相似性以及本工程对于ＧＰＳ点的检 测结果，增加观测时段、采用多个起算点以增加测量 数据的可靠性，可以说明ＧＰＳ ＲＴＫ同样适用于ＩＶ 等以下的各级控制测量。 ５结束语 １）ＧＰＳ ＲＴＫ技术可适用于图根控制测量。 ２）通过分析，误差主要来源于以下几方面：点位 精度、配置集残差、测量误差。 ３）为了提高精度，最好选５个以上的点利用最 小二乘法求解转换参数。为了校验转换参数的精度 和正确性，还可以选用几个点不参与计算，而带人公 式起校验作用，经过校验满足要求的转换参数认为 是可靠的。 ４）已知控制点建立投影的局部归化参数时，尽 参考文献 Ｅｌｉ魏二虎，黄劲松．ＧＰＳ测量操作与数据处理［Ｍ］．武汉： 武汉大学出版社，２００４． Ｅ２］乔仰文，赵长胜．ＧＰＳ卫星定位原理及其在测绘中的应 用ＥＭ］．北京：教育科学出版社，２００３． Ｅ３］马振利，吉长东，白建军．ＶＲＳ ＲＴＫ在地籍测量中应用 ［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报，２００６，５（３）：３４８—３５０． Ｅ４］屠春伟，毛小芳．ＧＰＳ ＲＴＫ技术在数字测图中应用ＥＪ］． 科技信息（学术研究），２００８（２）：２５６—２５７ Ｅ５］国家质量技术监督局．ＧＢ／Ｔ １８３１４—２００１全球定位系统 （ＧＰＳ）￣Ｊ量规范［ｓ］．北京：中国标准出版社，２００１． Ｅ６］中华人民共和国建设部．ＧＢ５００２６—２００７工程测量规范 Ｅｓ］．北京：中国计划出版社，２０Ｏ７． ［责任编辑：张德福］