摘要:

通過對GPS RTK測量原理及坐標系轉換原理的了解，嘗試了碎部點測量與首級控制施測同步進行的工作模式。并介紹了采用此工作模式進行外業碎部點測量的注意事項及測量數據后處理的方法，并通過實例進行說明。

關鍵詞：GPS；RTK；數據后處理；同步作業

GPS RTK技術憑借著作業效率高、測量精度高、全天候作業、作業自動化集成化程度高等優點，目前已廣泛應用于測繪行業的各個領域[1]。但常規的RTK作業模式，有時已不適用某些特殊情況。

通常情況下，利用GPS RTK進行碎部點采集時，首先需要建立高等級的首級控制網，再利用手簿自帶軟件進行工程參數設置、首級控制點校正、參數計算等前期準備工作，進行碎部點實地測量。

按常規的采集方法，需要等待首級控制工作施測結束，控制點的平面和高程成果得出后方可進行GPS RTK碎部點采集工作。而在日常實際測量工作中，往往工期要求較緊，對碎部點坐標成果要求較急。但有時測區自然條件較為惡劣，首級控制施測較為困難，導致首級控制施測周期加長，延誤后面碎部點采集等工序。

本文通過對GPS RTK測量原理及坐標系轉換原理的了解，制定出一套碎部點測量與首級控制施測同步進行的工作模式，對GPS RTK數據后處理方法進行了描述。實例應用說明該方法起到了良好的效果，大大縮短了作業周期，且檢測精度良好。

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GPS RTK測量原理及坐標系轉換原理

1.1 GPS RTK測量原理

RTK系統由基準站、流動站和數據鏈組成,其原理是安置一臺接收機作為參考站,對衛星進行連續觀測,流動站上的接收機在接收衛星信號的同時,通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數據,流動站將基準站傳來的載波觀測信號與流動站本身觀測到的載波信號進行差分處理，從而解算出兩站間的基線向量;根據事先輸入的坐標轉化和投影參數，就可得到流動站的三維坐標數據[2]。

同時流動站還會保留基于WGS-84橢球下的原始經緯度坐標文件及測量時間、天線高等信息。這些信息非常重要，將作為原始數據進行后處理。同時還要了解，GPS RTK所謂的高精度，其實是流動站與基準站之間的相對高精度。

1.2 橢球轉換原理

GPS測量實際上就是將GPS接收機所測得的基于WGS-84橢球下的三維大地坐標，利用WGS-84橢球與坐標系橢球之間的轉換關系，得到坐標系統三維坐標[3]。這種轉換關系的確立需要設立多個重合點，利用這些重合點在不同坐標系統的坐標值，進行轉換參數的解算(這里要注意的是，一定要有重合點)。常用的參數包括3參數、4參數、7參數、高程擬合參數等。

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同步施測與數據后處理方法

實現碎部點測量與首級控制施測同步進行作業的具體方法及流程如圖 1所示。

圖 1 碎部點測量與首級控制施測同步進行工作流程

這里需要注意如下幾點：

1) 基準站設立在未知點上時，每重啟一次，基準站發送的自身坐標都會進行改變(無論基準站位置是否改變)，流動站得到的絕對位置坐標也隨之發生變化[4]。這時就需要每重新啟動基準站建立一個獨立的坐標文件， 以方便后續數據后處理的統一坐標轉換及校正。

2) 每次重啟基準站進行碎部點測量時，都要采集首級控制點，利用該點轉換后坐標值與真實坐標值的差值，計算校正參數[5]。

3) 每次重啟基準站進行碎部點測量時，都要采集至少2個首級控制點，并記錄好所采集的控制點點名，以方便后續數據處理計算校正參數，并利用采集的其他控制點檢驗正確性及精度。

4) 碎部點采集時，得到的RTK原始數據為基于WGS-84橢球下的經緯度坐標，所以無需設置坐標系統及相關參數。

5) 對于測區形狀較為規則，且范圍不大時，可采用7參數進行坐標轉換;對于測區為帶狀或范圍較大時，可采用4參數加高程擬合參數進行坐標轉換。得到轉換后坐標，經校正參數和儀器高改正得到最終所需要的坐標成果[6]。

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應用實例

以承擔的某地區1∶1 000比例尺的航測成圖項目為例。由于工期要求較緊，對工作的每一個工序都進行了時間計劃。按計劃的時間，根據現有的儀器設備，只能保證在計劃時間內完成首級控制測量工作，像控點測量工作就沒有時間完成。

經過仔細思考，擬采用上述碎部點測量與首級控制施測同步進行的工作模式進行外業控制測量工作。 整個工作共投入靜態GPS接收機4臺、水準儀2臺、GPS RTK(1+3) 一套。人員14人，歷時4天，首級控制測量和像控點測量的外業工作同步結束。利用1天時間進行數據處理。整個外業控制測量工序只耗時5天即全部完成。而如果按照常規的首級控制測量施測計算結束后再進行像控點測量工作，最少需要8天時間。

具體的GPS RTK數據后處理(以一個文件為例)工作流程如下：

1) 原始的RTK文件數據：包括軟件版本信息、基準站信息、每個碎部點詳細信息等。 為了表示更直觀，方便以后的數據處理，需要對原始的RTK文件進行簡單的編輯整理，整理后的文件刪除了無用或無參考價值的項，只保留了碎部點的主要信息，包括點號、大地坐標(B，L，H)、天線高、采集精度、采集時間等。其中點號、大地坐標(B，L，H)、天線高信息是后面數據處理必需要的數據。

2) 利用首級控制點計算的轉換參數(4參數+高程擬合)如下：

4參數：ΔX= -**.243 175 89

ΔY= -**.768 152 018

旋轉角 -0.000 471 750 9

比例 0.999 998 455 387 920 20

高程擬合：A0： -31.141 941 763 9

A1： -2.926 8×10-6

A2： 3.229 24×10-5

A3： 1.3×10-9

A4： -1.1×10-9

A5： -7×10-10

X0： **.237 384 615 4

Y0： **.777

計算的轉換參數均經過其他控制點的驗證，參數正確。

3) 利用坐標轉換軟件根據相應的參數進行了坐標轉換(需設置正確的投影)[7]。

4) 利用采集的首級控制點進行校正參數計算，根據校正參數對已進行儀器高改正的坐標轉換數據進行校正參數改正，得到最終平面坐標數據[8]。對轉換后的坐標高程值根據RTK數據記錄的儀器高信息進行儀器高改正，得到最終高程數據。

5) 可靠性及精度檢驗。像控測量及數據后處理結束后，采用GPS RTK常規方法和圖根水準測量對測區內部分像控點進行了精度檢驗。

實地共檢驗了分布較為均勻的7個碎部點，經檢驗得出采用此方法后處理得到的坐標成果均滿足相關規定，精度良好。

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結束語

通過本方法在實際生產中的應用，得到如下結論：

1) 采用本方法，不用再需要等首級控制測量結束之后，才能進行碎部點測量，可在一定程度上縮短外業控制測量周期，提高工作效率;

2) 在其他日常碎部點測量工作中，在不能提前獲得控制點成果時，也可采用本文介紹的后處理方法進行施測;

3) 經過外業可靠性及精度檢驗，該數據后處理方法切實可行，精度良好。

參考文獻

[1]余小龍, 胡學奎. GPS RTK技術的優缺點及發展前景[J]. 測繪通報,2007,(10) : 39–41.

[2]楊文府, 崔玉柱. GPS RTK的技術方法探討與對策[J]. 測繪工程,2008,17(4) : 50–53.

[3]張楠, 董曉晶, 張建. WGS-84坐標系與北京54坐標系轉換方法及精度探討[J]. 制造業自動化,2009,(12) : 31–34.

[4]余宏遠, 魏宏源, 朱軍. 淺談GPS-RTK操作及應用——以南方靈銳S86為例[J]. 河西學院學報,2013,29(2) : 29–31.

[5]趙禮劍, 程新文, 聶小波, 等. 基站差分系統在公路地籍測量中的應用研究[J]. 地理空間信息,2008,(6) : 109–111.

[6]莫日根, 李淑娟. GPS-RTK在工程測量中應用及其技術特點[J]. 中國非金屬礦工業導刊,2013,(1) : 60–62.

[7]王炳乾, 劉曉蕊. GPS測量中的坐標系以及GPS-RTK技術的應用[J]. 城市建設理論研究,2014,(15) : 57–59.

[8]陳宏斌, 鄭玉恒, 王昭, 等. 基于GPS RTK與后處理程序實現斷面測量一體化的方法[J]. 測繪地理信息,2014,39(5) : 75–79.

來源：《測繪地理信息》