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摘要：随着GPS动静态一体机的出现，利用KTK技术测绘地形图能大大减轻工作量、提高工作效率。本文介绍了GPS-KTK技术的基本原理及测量方法总结了RTK技术运用于地形图测绘中所应采取的观测措施。
关键词：GPS—RTK；地形测量；精度分析
中图分类号：Q142.4 文献标识码：A 文章编号：
概述
为进一步验证GPS—RTK技术在工程测量中的精度情况，本文结合在山西省沁县实施的l：500的地形图测绘任务，通过对比作业方法和精度准确性验证，说明了如果采取适当的测量措施GPS—RTK技术的运用将大大减轻测量作业的劳动强度并提高工作效率。
1、GPS-RTK技术的基本原理及测量方法
（一）RTK的基本原理
RTK实时动态定位技术是一项以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术，它主要利用两台或两台以上GPS接收机同时接收卫星信号。其中一台安置在已知坐标点上作为基站，其他作为移动站。在RTK作业模式下，基站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站。移动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据。还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，而且RTK技术受外界条件限制小，只要满足工作条件，就能快速、高精度地完成定位作业。
（二）RTK的测量方法
实时动态测量是一种差分GPS数据处理方法，这些数据实时地从基准站传输到一个或多个流动站。具体操作方法为：首先将通过静态观测求得的WGS-84坐标和地方坐标键入接收机中进行转换，或置人静态观测平差时求取的转换参数，然后在一已知点上架设一台GPS接收机(主机)作为基准站，观测另外l-2个已知点，进行校核以防止参数或者坐标输错，最后再将基准站的坐标、高程、坐标转换参数等必要的数据输入GPS控制接收机，另设置一台或几台GPS接收机为流动站同时接收卫星信号，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较。一旦精度达到预设精度指标的要求，接收机将提示测量人员是否接收该成果。接收后，测得的坐标、高程及精度将同时存储到接收机中。另一种方法是：直接用接收机在基准站和流动站接收WGS-84坐标．再利用观测得到的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，从而求得转换参数。当然，这种方法仅适用于测区范围较小的情况下。
2、GPS—RTK技术在地形图测绘中的应用
某测区附近有3个已知高级平面控制点，精度较高，可以在本次测绘工作中利用。依据这3个高等点在测图范围内布设首级控制网，设置E级GPS控制点9个，采用GPS静态观测模式，每个时段测量45 min，数据采样间隔15s。本次观测使用南方灵锐$82型双频GPS接收机(标称静态平面精度3 mm+1 mm／km，RTK平面精度l cm+l ppm，RTK高程精度2 cm+l ppm)3台套。从测区附近已知三等水准点引入高程，采用四等水准精度施测9个GPS控制点的高程值。
测区首级平面和高程控制网布完后，就可进行图根控制和碎部测量。将灵锐$82型GPS接收机设为动态观测模式，1台作为基准站，其它2台作为流动站。在视线开阔地架设基准站和发射电台，2台流动站开机与基准站链接，输入首级控制点的平面坐标和高程，进行参数转换，用一个已知控制点来校正参数，然后就可以进行动态模式的观测了。图根控制和碎部测量可同步进行。在视野开阔、卫星信号强的地方，可直接进行碎部测量，获得地物地貌点的三维坐标；在大范围居民区、树林繁茂等卫星信号弱的地方，可在这些地方找相对开阔、卫星信号强的地方进行图根控制测量，然后依据这些图根点用全站仪观测碎部点。RTK手簿和全站仪数据传人计算机后，用南方CASS7.1成图系统软件进行内业地形图编辑。
3、GPS-RTK技术的精度可靠性分析
（一）可靠性影响因素
（1）GPS系统误差。包括GPS卫星个数、信号、卫星分布和大气质量状况，统称为系统误差。卫星个数和分布影响测量精度，当分布不均匀时，即使有足够的卫星数目，也未必能提高其观测精度，甚至有时很难得到固定解，因此应避开卫星分布不均的时间段进行测量。相关资料研究结果表明，RTK测量的基线长度与卫星的轨道误差和大气状况关系密切。大气层中的电离层和对流层的误差受基线长度影响，基线越长，观测值的误差也越大，通过数据计算转换，解算结果的可靠性也越低，RTK的作用半径应控制在10km以内。
（2）RTK设备质量的好坏直接影响测量精度，也影响成果的可靠性。市场上的RTK品牌很多，质量也有区别，其中影响其测量精度的主要因素有数据链、无线电类型以及处理软件，
在购置设备时应多参考在工程实际应用中反馈信息较好的，故障率低、可靠性高的设备才是
理想的选择。
（3）测量环境是指地形条件、基站和流动站之间的障碍物、电子干扰、多路径效应等环境因素。它对RTK测量精确性影响比较直接，所有的观测数据都直接发送到基准站，因此在观测过程中，观测者必须始终注意这些环境因素，以减少此类误差。
（4）人员操作带来的偶然误差是随机的、不确定的。这种由于操作水平、个人自身的专业能力和经验所造成的偶然误差对测量成果的精度好坏起着首要作用。因此，相关作业人员应具备相关的素质和能力，在外业采点、室内数据处理、内业成图的过程中都需要具有一定的快速判断、处理的能力。
（5）技术方案的选择。基准站的选择、观测时间的选择、坐标系的选择，都对测量成果的质量起重大影响。例如，基准站的位置选择，应尽量将基准站架设在测区中央且避开障碍物和电子干扰，特别是大功率的无线电发射塔，以减少基准站接受和发送的数据所受的干扰。进而保证数据的可靠性。
（6）转换参数误差。由于GPS-RTK測量是在WGS-84坐标系中进行的，精度较高；而在实
际的测量工作中，通常需要将大地坐标系与西安坐标系或者是大地坐标系与北京坐标系进行转换，因此存在一个坐标转换的精度问题。常用的有四参数和七参数两种参数转换，不同的情况有不同的适用情况。四参数计算简单，方便快捷；七参数求解计算复杂，但是作业范围比较广泛，其精度和成果可靠性也较高。不论选取哪种转换参数，都应多选几组观测结果进行计算分析，避免出现粗差和错误。
4、提高RTK测量成果精确度和可靠性的方法
通过RTK技术在沁县地形图测绘中的应用，在提高成果精确性和可靠性方面总结以下几点：
(1)对于在城市空旷区、山地地形测量等能充分满足RTK接收机数据采集要求的地区，RTK能快速完成碎部测量作业；但在建筑物密集、树林稠密等地区，会使RTK初始化速度大大降低或者出现失锁现象，可以采用RTK施测图根控制点，再利用全站仪测量RTK不能作用的测区。这种GPS RTK+全站仪测量碎部点的方法，能快速完成野外作业，两种作业方法能互相补充，取长补短，最大可能地发挥各自的优势。
(2)在利用RTK技术施测图根控制点时要充分保证RTK高程控制数据的质量。在外业观测时，观测条件要求比碎部点高，注意及时与已知点高程校核，采用合适的数据处理方法剔除粗差。
(3)对于不同型号的GPS RTK接收机所标称的精度不可盲目相信，它是一种理想状态下的技术指标，随着作业环境、时段信号等因素的影响而不同，其值只能作为参考，不可盲目相信。
(4)初始化速度决定着RTK测量的速度，在山区、林区或建筑物密集区，GPS信号受到一定的影响，容易造成失锁想象，需要重新初始化，大大降低了测量的精度和生产效率，解决这个问题的主要方法是选用初始化能力强、初始化时间短的RTK机型。
(5)利用双基准站法施测控制点，可以提高定位测量精度，确保测量成果的可靠性。在利用双基准站法测量控制点时，注意以下几点：①控制点间距离应控制在2 km左右，平面精度能达到一级导线的要求，高程精度能达到四等要求；②流动站宜采用三脚架进行对中整平；③点位校正，应选用精度较高的控制点。
(6)基准站应尽量架设在地势较高且远离强电磁干扰源和信号反射物，流动站距离基准站控制在5 km之内为宜。
(7)小面积的地形图测绘宜采用四参数实施，方便快捷；而超过15 km2的范围宜采用七参数实施，测量成果的稳定性较高。
(8)为保证RTK测量的准确性，在地形图测绘作业过程中宜采用如下质量控制：
①已知点检核验证：用RTK测出高精度的控制点进行比较验证RTK测量模式的正常性，发现问题即可改正。②重新测量已测过的控制点：在RTK初始化完成后，首先重测已有的控制点，确认无误后再进行地形图的测绘。这样可防止各种校正参数、投影参数等指标的设置失误，提高测图速度和质量。
参考文献：
[1] 彭仪普，地形三维可视化及实时绘制技术研究[博士学位论文][D]，西南交通大学，2002
[2] 吴立新，史文忠，地理信息系统原理与算法[M]，北京：科学出版社，2003
[3] 陈忠，高分辨率遥感图像分类技术研究，博士学位论文，中国科学院遥感研究所，2006
关键词：GPS—RTK；地形测量；精度分析
中图分类号：Q142.4 文献标识码：A 文章编号：
概述
为进一步验证GPS—RTK技术在工程测量中的精度情况，本文结合在山西省沁县实施的l：500的地形图测绘任务，通过对比作业方法和精度准确性验证，说明了如果采取适当的测量措施GPS—RTK技术的运用将大大减轻测量作业的劳动强度并提高工作效率。
1、GPS-RTK技术的基本原理及测量方法
（一）RTK的基本原理
RTK实时动态定位技术是一项以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术，它主要利用两台或两台以上GPS接收机同时接收卫星信号。其中一台安置在已知坐标点上作为基站，其他作为移动站。在RTK作业模式下，基站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站。移动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据。还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，而且RTK技术受外界条件限制小，只要满足工作条件，就能快速、高精度地完成定位作业。
（二）RTK的测量方法
实时动态测量是一种差分GPS数据处理方法，这些数据实时地从基准站传输到一个或多个流动站。具体操作方法为：首先将通过静态观测求得的WGS-84坐标和地方坐标键入接收机中进行转换，或置人静态观测平差时求取的转换参数，然后在一已知点上架设一台GPS接收机(主机)作为基准站，观测另外l-2个已知点，进行校核以防止参数或者坐标输错，最后再将基准站的坐标、高程、坐标转换参数等必要的数据输入GPS控制接收机，另设置一台或几台GPS接收机为流动站同时接收卫星信号，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较。一旦精度达到预设精度指标的要求，接收机将提示测量人员是否接收该成果。接收后，测得的坐标、高程及精度将同时存储到接收机中。另一种方法是：直接用接收机在基准站和流动站接收WGS-84坐标．再利用观测得到的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，从而求得转换参数。当然，这种方法仅适用于测区范围较小的情况下。
2、GPS—RTK技术在地形图测绘中的应用
某测区附近有3个已知高级平面控制点，精度较高，可以在本次测绘工作中利用。依据这3个高等点在测图范围内布设首级控制网，设置E级GPS控制点9个，采用GPS静态观测模式，每个时段测量45 min，数据采样间隔15s。本次观测使用南方灵锐$82型双频GPS接收机(标称静态平面精度3 mm+1 mm／km，RTK平面精度l cm+l ppm，RTK高程精度2 cm+l ppm)3台套。从测区附近已知三等水准点引入高程，采用四等水准精度施测9个GPS控制点的高程值。
测区首级平面和高程控制网布完后，就可进行图根控制和碎部测量。将灵锐$82型GPS接收机设为动态观测模式，1台作为基准站，其它2台作为流动站。在视线开阔地架设基准站和发射电台，2台流动站开机与基准站链接，输入首级控制点的平面坐标和高程，进行参数转换，用一个已知控制点来校正参数，然后就可以进行动态模式的观测了。图根控制和碎部测量可同步进行。在视野开阔、卫星信号强的地方，可直接进行碎部测量，获得地物地貌点的三维坐标；在大范围居民区、树林繁茂等卫星信号弱的地方，可在这些地方找相对开阔、卫星信号强的地方进行图根控制测量，然后依据这些图根点用全站仪观测碎部点。RTK手簿和全站仪数据传人计算机后，用南方CASS7.1成图系统软件进行内业地形图编辑。
3、GPS-RTK技术的精度可靠性分析
（一）可靠性影响因素
（1）GPS系统误差。包括GPS卫星个数、信号、卫星分布和大气质量状况，统称为系统误差。卫星个数和分布影响测量精度，当分布不均匀时，即使有足够的卫星数目，也未必能提高其观测精度，甚至有时很难得到固定解，因此应避开卫星分布不均的时间段进行测量。相关资料研究结果表明，RTK测量的基线长度与卫星的轨道误差和大气状况关系密切。大气层中的电离层和对流层的误差受基线长度影响，基线越长，观测值的误差也越大，通过数据计算转换，解算结果的可靠性也越低，RTK的作用半径应控制在10km以内。
（2）RTK设备质量的好坏直接影响测量精度，也影响成果的可靠性。市场上的RTK品牌很多，质量也有区别，其中影响其测量精度的主要因素有数据链、无线电类型以及处理软件，
在购置设备时应多参考在工程实际应用中反馈信息较好的，故障率低、可靠性高的设备才是
理想的选择。
（3）测量环境是指地形条件、基站和流动站之间的障碍物、电子干扰、多路径效应等环境因素。它对RTK测量精确性影响比较直接，所有的观测数据都直接发送到基准站，因此在观测过程中，观测者必须始终注意这些环境因素，以减少此类误差。
（4）人员操作带来的偶然误差是随机的、不确定的。这种由于操作水平、个人自身的专业能力和经验所造成的偶然误差对测量成果的精度好坏起着首要作用。因此，相关作业人员应具备相关的素质和能力，在外业采点、室内数据处理、内业成图的过程中都需要具有一定的快速判断、处理的能力。
（5）技术方案的选择。基准站的选择、观测时间的选择、坐标系的选择，都对测量成果的质量起重大影响。例如，基准站的位置选择，应尽量将基准站架设在测区中央且避开障碍物和电子干扰，特别是大功率的无线电发射塔，以减少基准站接受和发送的数据所受的干扰。进而保证数据的可靠性。
（6）转换参数误差。由于GPS-RTK測量是在WGS-84坐标系中进行的，精度较高；而在实
际的测量工作中，通常需要将大地坐标系与西安坐标系或者是大地坐标系与北京坐标系进行转换，因此存在一个坐标转换的精度问题。常用的有四参数和七参数两种参数转换，不同的情况有不同的适用情况。四参数计算简单，方便快捷；七参数求解计算复杂，但是作业范围比较广泛，其精度和成果可靠性也较高。不论选取哪种转换参数，都应多选几组观测结果进行计算分析，避免出现粗差和错误。
4、提高RTK测量成果精确度和可靠性的方法
通过RTK技术在沁县地形图测绘中的应用，在提高成果精确性和可靠性方面总结以下几点：
(1)对于在城市空旷区、山地地形测量等能充分满足RTK接收机数据采集要求的地区，RTK能快速完成碎部测量作业；但在建筑物密集、树林稠密等地区，会使RTK初始化速度大大降低或者出现失锁现象，可以采用RTK施测图根控制点，再利用全站仪测量RTK不能作用的测区。这种GPS RTK+全站仪测量碎部点的方法，能快速完成野外作业，两种作业方法能互相补充，取长补短，最大可能地发挥各自的优势。
(2)在利用RTK技术施测图根控制点时要充分保证RTK高程控制数据的质量。在外业观测时，观测条件要求比碎部点高，注意及时与已知点高程校核，采用合适的数据处理方法剔除粗差。
(3)对于不同型号的GPS RTK接收机所标称的精度不可盲目相信，它是一种理想状态下的技术指标，随着作业环境、时段信号等因素的影响而不同，其值只能作为参考，不可盲目相信。
(4)初始化速度决定着RTK测量的速度，在山区、林区或建筑物密集区，GPS信号受到一定的影响，容易造成失锁想象，需要重新初始化，大大降低了测量的精度和生产效率，解决这个问题的主要方法是选用初始化能力强、初始化时间短的RTK机型。
(5)利用双基准站法施测控制点，可以提高定位测量精度，确保测量成果的可靠性。在利用双基准站法测量控制点时，注意以下几点：①控制点间距离应控制在2 km左右，平面精度能达到一级导线的要求，高程精度能达到四等要求；②流动站宜采用三脚架进行对中整平；③点位校正，应选用精度较高的控制点。
(6)基准站应尽量架设在地势较高且远离强电磁干扰源和信号反射物，流动站距离基准站控制在5 km之内为宜。
(7)小面积的地形图测绘宜采用四参数实施，方便快捷；而超过15 km2的范围宜采用七参数实施，测量成果的稳定性较高。
(8)为保证RTK测量的准确性，在地形图测绘作业过程中宜采用如下质量控制：
①已知点检核验证：用RTK测出高精度的控制点进行比较验证RTK测量模式的正常性，发现问题即可改正。②重新测量已测过的控制点：在RTK初始化完成后，首先重测已有的控制点，确认无误后再进行地形图的测绘。这样可防止各种校正参数、投影参数等指标的设置失误，提高测图速度和质量。
参考文献：
[1] 彭仪普，地形三维可视化及实时绘制技术研究[博士学位论文][D]，西南交通大学，2002
[2] 吴立新，史文忠，地理信息系统原理与算法[M]，北京：科学出版社，2003
[3] 陈忠，高分辨率遥感图像分类技术研究，博士学位论文，中国科学院遥感研究所，2006