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摘要：本文主要对GPS—RTK技术在道路测量中的控制测量、线路勘测、中线及纵、精度要求高等方面的应用进行了分析，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普遍关心的问题。 GPS—RTK技术应用于公路测量足一项重大技术革命，应用前景及其广阔。
关键词：GPS RTK；道路测量；基准站；流动站；点位精度
1 GPS RTK控制测量
GPS RTK技术作业效率高，可以在作业现场提供经过检验的测量成果，能够在满足精度的前提下，摆脱后处理的负担和外业返工的困扰。道路测量中常用的基本形式是：1台基准站接收机和1台或多台流动站接收机以及用于数据传输的电台。在RTK作业模式下将一些必要的数据输入GPS控制手簿，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置。基准站与流动站保持同时跟踪至少4颗以上的卫星，基准站不断地对可见卫星进行观测，将接收到的卫星信号及改正数通过电台发送给流动站接收机，流动站接收机将采集到的GPS观测数据和基准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
高程。
GPS RTK控制测量时，首先用已知控制点建立投影局部归化参数，仪器将直接记录坐标和高程，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。一般水平残差控制在3cm以内；垂直残差控制在5cm以内，去除粗差。
2 GPS RTK技术优点
1)作业效率高。在一般的地形地势下，高质量的GPS RTK设站一次即可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“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，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。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4km)，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3～5cm。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10cm。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200m，离高压线超过50m。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1～2dm。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1PPM，就短基线(<10KM)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，太阳黑子活動最强时为最弱时的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5PPM。
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3PPM。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。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II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l。
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，而带入公式起校验作用，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。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：GPS RTK；道路测量；基准站；流动站；点位精度
1 GPS RTK控制测量
GPS RTK技术作业效率高，可以在作业现场提供经过检验的测量成果，能够在满足精度的前提下，摆脱后处理的负担和外业返工的困扰。道路测量中常用的基本形式是：1台基准站接收机和1台或多台流动站接收机以及用于数据传输的电台。在RTK作业模式下将一些必要的数据输入GPS控制手簿，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置。基准站与流动站保持同时跟踪至少4颗以上的卫星，基准站不断地对可见卫星进行观测，将接收到的卫星信号及改正数通过电台发送给流动站接收机，流动站接收机将采集到的GPS观测数据和基准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
高程。
GPS RTK控制测量时，首先用已知控制点建立投影局部归化参数，仪器将直接记录坐标和高程，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。一般水平残差控制在3cm以内；垂直残差控制在5cm以内，去除粗差。
2 GPS RTK技术优点
1)作业效率高。在一般的地形地势下，高质量的GPS RTK设站一次即可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“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，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。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4km)，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3～5cm。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10cm。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200m，离高压线超过50m。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1～2dm。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1PPM，就短基线(<10KM)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，太阳黑子活動最强时为最弱时的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5PPM。
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3PPM。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。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II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l。
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，而带入公式起校验作用，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。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。