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摘 要：GPS网络RTK技术的优势就是克服了普通RTK测量中测站间距的限制,它的有效距离可以达到几十甚至上百公里,覆盖面广阔,但定位精度仍然可以达到厘米级,可靠性强.这也是GPS网络RTK技术能够很快发展的原因之一.该文基于笔者多年从事控制测量的相关工作经验,以笔者参与的随州某工程测量为案例,研究探讨了GPS网络RTK用于图根控制测量及精度分析的方法,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义.
关 键 词 ：GPS RTK 图根控制测量 精度分析 静态GPS
中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（b）-0027-02
1.常规RTK与网络RTK
GPS网络RTK技术的基本原理就是：在一个较为广阔的区域均匀、稀疏的布设若干个（一般至少3个）固定观测站（称为基准站）,构成一个基准站网,并以这些基准站中的一个或多个为基准,计算和播发改正信息,对该地区内的卫星定位用户进行实时改正.其原理借鉴了广域差分GPS（Wide Area DGPS,即WADGPS）和具有多个基准站的局域差分GPS（Local Area DGPS,即LADGPS）的基本原理和方法.广域差分GPS采用误差分离技术,将GPS定位中的主要误差源分别加以“模型化”,把伪距误差分离为卫星星历误差、卫星钟差和电离层误差,并产生相应的改正数.用户利用广域差分改正数改正GPS伪距误差,以提高导航定位的精度.局域差分GPS（LADGPS）定位系统则向用户提供综合的DGPS改正信息―观测值改正,而不是提供单个误差源的改正.与广域差分GPS和局域差分GPS不同的是,GPS网络RTK技术通过内插法或线性组合法求得改正数,对载波相位进行改正,而非对伪距或位置进行改正.因为这三种类型的差分定位中,利用载波相位进行的差分定位精度最高.
GPS网络RTK技术的优势就是克服了普通RTK测量中测站间距的限制,它的有效距离可以达到几十甚至上百公里,覆盖面广阔,但定位精度仍然可以达到厘米级,可靠性强.这也是CPS网络RTK技术能够很快发展的原因之一.
2.GPS网络RTK系统的构成
2.1 GPS网络RTK系统的工作过程
首先要在一定的区域（如一个国家、一个城市或者一个地区）建立永久性的连续运行GPS参考站,通过网络技术（Inter）把它们连接到控制中心,控制中心接收和处理所有参考站的原始观测值,整体平差,消除和减弱轨道误差、电离层和对流层影响以及周跳,建立改正数动态数据库.用户在作业过程中,不需要建立基准站,通过无线网络或移动网络等方式访问控制中心,并把自己的初始位置信息发给控制中心.控制中心根据用户的位置,计算出流动站处的观测值改正数,并通过控制中心播发给流动站用户.用户根据控制中心播发的改正数信息,就可以求得流动站处的精确坐标信息.根据上述的GPS网络RTK的工作过程,很明显,一个完整的GPS网络RTK系统至少包括了四个部分：基准站网,数据处理中心（或控制中心）,数据通信线路以及用户部分.每个组成部分都有它不可替代的作用,也与其它部分相互联系,相互依存.
2.2 GPS网络RTR系统的组成
GPS网络RTK系统有4个基本的组成部分：基准站网、数据处理中心（控制中心）、数据通信线路和用户部分.其中最核心的就是数据处理中心或者控制中心,它包括了GPS网络RTK系统中数据的传输、接收、转换、处理、发送等重要任务.基准站网是由固定的基准站组成的网络,一般一个完整的GPS网络RTK系统至少有3个固定的己知基准控制点（标准的是6个）.数据处理中心也称为控制中心,是整个GPS网络RTK系统的核心部分,由GPS网络RTK软件、计算机、路由器和通讯服务器组成.数据通信线路是整个系统中不可缺少的部分,它担负着联系控制中心与基准站和流动站的重大任务.用户部分也就是流动站部分,由GPS接收机、移动和调制解调器等构成.接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心,并接收控制中心的差分信号,生成厘米级的位置信息.这也是GPS网络RTK系统最终要得到的结果.以上是GPS网络RTK系统四个基本组成部分的简单介绍,它们构成了整个系统的框架和灵魂.
3.GPS网络RTK技术图根控制测量
3.1 图根控制的技术要求
图根控制点即是直接供测图使用的控制点,简称图根点.测定图根点位置的工作,称为图根控制测量.中等城市一般以四等网作为首级控制网.在测图中,要求首级图根点相对于起算三角点的点位误差,在图上应不超过±l mm,相对于地面点的点位误差则不超过±0.1Nmm（N为测图比例尺分母）.而图根点对于国家三角点的相对误差,又受图根点误差和国家三角点误差的共同影响,为使国家三角点的误差影响可以忽略不计,应使相邻国家三角点的点位误差小于（1/3）×0.1Nmm.据此可得出不同比例尺测图对相邻三角点点位的精度要求.根据《城市测量规范》,图根控制网中图根点高程中误差不得大于测图基本等高距的1/10,1/500的等高距为0.5 m,1/1000的等高距为0.5 m或l m,随着比例尺的减少,等高距可相应的加大.我们此次测量的基准点选的是静态GPS点,其点位精度是远高于国家四等控制网的精度的,所以采用上面的技术要求是可以对我们的测量点作控制的.
3.2 控制测量实施
下面以随州某工程图根控制测量实施为研究背景,分析图根控制测量的实施步骤.
3.2.1 控制网布设及精度测试
如图1,以已知点G3为基准站.
（1）分别在已知点G2,G4,G5上进行连续10 min的RTK观测,计算各点的点位精度；（2）将G2,G4,G5连成三角形,形成一三角网,对测量数据进行角度,边长以及坐标的比较,最后参照图根控制的技术要求评定成果；（3）在GX、GY、GA、GZ四个未知点上各进行5 min的测量,与已知点形成一导线,并与全站仪三联脚架法测得的成果进行比较,检验其精确度,看RTK可否代替导线测量.通过（1）,（2）,（3）判断RTK可否代替常规测量方法进行图根控制测量；（4）在信号差的地方选一点CESHI点,进行5 min的连续观测,计算点位精度,评定测量结果,看其精度是否满足图根控制要求；（5）将观测时间分成3 min,5 min,8 min,10 min四个时间段,分别计算其点位精度,并比较找出实用的观测时间；（6）分别采样,采样率分别是3 s和5 s的观测数据,比较其精度,找出实用的采样历元. 3.2.2 测量实施
（1）仪器：此次采用的RTK测量系统由一套基准站和两套流动站组成.基准站主要包括：南方测绘公司生产的S5基准站一套.每套流动站主要包括：南方S82接收机及手簿.
（2）过程：①启动基准站,确认基准站工作正常,测试网络通信是否正常；②连接好流动站仪器,用手薄设置好流动站信息.准备就绪后开始测量；③启动连续测量模式,设置记录间隔为5 s,测最直至任务完成；④重新设置记录间隔为3 s,进行若干点的测量；⑤RTK测量完成后,用全站仪在其中几点上进行一附合导线的观测；⑥数据处理.
4.精度分析
表1中mx,my,mh为各方向的点位中误差,mo为总的平面点位中误差,△X,△Y, △H为测量值与已知坐标的偏差（下同）.
通过表1,我们可以看出,绝大多数的方向测量中误差都在l cm以内,X方向最大误差为0.0120,只有一个超出1 cm；Y方向最大误差为0.0112,有两个超过l cm.总的平面点位中误差在2 cm以内,最大为0.0164.CESHI点是我们特意选取的测量环境比较差的测试点,其观测误差与其他相比大了许多,但根据图根控制测量的技术要求,其仍然满足1/50.图幅图根控制的精度要求.
G2,G4,G5为已知点,RTK的测量较差中X和Y方向符合的比较好,满足1/500控制的要求,而高程的测量有一些稍稍的偏出,允许值是5 cm,这也是与RTK自身的作业模式有关的.它要求大地高到海拔高的转换必须精确,但我国的高程异常图在有些地区存在较大误差,这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的精度也不均匀,这是所测高程出现大偏差的一个原因.其次我们的测量环境也是出现偏差的一个因素.如果提供一个好的测量条件,加上适当的高程修正,在高程方面应该也可达到要求.