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文章编号:049420911(2005)0620031202中图分类号: P228. 4 文献标识码:B
实时动态测量中的难点与对策
郭振华,孙喜平
(中原石油勘探局地球物理勘探公司,河南濮阳457001)
The Problems and Solutions of RTK Surveying
GUO Zhen2hua ,SUN Xi2ping
摘要:就使用GPS仪器进行RTK测量时遇到的有关高程转换,假值,初始化等难点问题进行分析,并提出解决问题的办法.
关键词:RTK;高程异常值;初始化;假值;办法
收稿日期:2004210220
作者简介:郭振华(19682),男,河南商水人,工程师,主要从事石油工程测量工作.
一,前 言
实时动态(Real Time Kinematic ,简称RTK)测量
技术,是GPS测量技术与数据传输技术相结合的产
物,是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测
量技术,是GPS测量技术发展中的一个新的突
破[ 1 ],具有定点速度快,误差不累积,节省人力,作业
效率高等特点,广泛应用于工程测量,数字化测图等
领域.但使用带RTK技术的GPS仪器进行RTK测
量时也会出现一些困难和不足.本文结合我公司使
用RTK仪器七,八年的经验,针对一些难点提出解
决问题的办法,供同行参考,不妥之处请批评指正.
二,RTK原理及作业方法
RTK技术是建立在实时处理两个测站的载波相
位基础上的,基准站通过数据链实时将采集的载波
相位观测量及测站坐标信息一同发送给流动站,流
动站一方面接收GPS卫星的载波相位,一方面接收
来自基准站的载波相位等,并组成相位差分观测值
进行实时处理,能实时给出厘米级的定位结果[ 2 ,3 ].
其作业方法是在已知点上设置GPS接收机一台(即
基准站),正确输入坐标,转换参数等数据,启动基准
站;一至多台GPS接收机在若干个待测点上设置
(即流动站),正确输入和基准站一样的转换参数等
数据,开始RTK测量.接收到来自基准站的数据
后,流动站自动求解整周模糊度(即初始化).初始
化成功后,可实时求解出厘米级的流动站的位置[ 4 ].
三,RTK作业中的难点与对策
1.大地高向海拔高的转化问题
GPS仪器直接测出的是WGS284坐标下的大地
高,经七参(或三参数等)转换可变成地方坐标系下
的大地高.大地高(H)与海拔高(h)的关系是h=
H-ζ,其中,ζ为高程异常值[1].而我们测量结果
要的一般是海拔高,这就存在一个如何快速准确地
求解ζ的问题.常用的求解ζ的方法有等值线图
法,高程拟合法和大地水准面模型法[ 5 ].
流动站的GPS高程向海拔高转换中,其高程异
常值可按下列顺序优先获取:①高程异常模型;
②从高程异常图获取;③利用高程拟合的方法求
取;④当基准站到流动站的高程异常值差值比较小
时,通过参考站的高程异常值对流动站的大地高进
行改正[ 6 ].一般在高程异常值变化比较小的地方测
量,例如平原地区,可采用在基准站直接输入北京平
面坐标.用基准站的高程改正数去时时改正流动站
的高程,直接得出流动站的海拔高.而在高程异常
值变化比较大的地方,像山区,再用上述简单的方
法,则测出的海拔高错误较大,很难满足工程要求,
解决办法是:①野外用大地坐标放样或测量,得出
每点的大地高,用当地高程异常模型进行改正;
②用地方平面坐标放样或测点,得出基于基准站高
程异常值的海拔高,用高程异常值差值(可从异常图
上量取)进行改正;③利用高程拟合法求取.
2.假值问题
我们在用GPS仪器进行RTK测量时,要求必须
初始化成功后,即解的类型为固定解(Fixed),而不
是浮点解(Floated),才能进行测量,这时精度能达到
132005年 第6期 测 绘 通 报
1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
厘米级.虽然很多接收机的标准初始化可靠性达
99. 9 %或以上,但由于受卫星,接收时间,处理软件,
环境因素等各方面影响,有时在固定解的情况下进
行放样,第二天检核发现,同一个设计点,平面位置
差20多厘米,高程差半米(排除放样误差干扰).例
如,2000年,我们在国外某地方做工程,使用某名牌
双频RTK GPS接收机进行RTK测量,第二天开始测
量前进行重复点检核时,发现以上问题.当时作业
点四周无明显障碍物及干扰源.为进一步验证事
实,我们做了一个静态点,经事后处理,证明第一天
的RTK数据是错误的.进一步检查记录手簿,发现
有误的这些点是在初始化丢失后,又重新初始化成
功后测量的.
防止假值的办法有:①每日作业前,复测两个以
上物理点;②初始化丢失后,重新初始化后要复测两
个物理点;③作业时注意高程值,看是否与实际相
符,有无异常高程值,因为出现假值时,高程变化较
大;④室内处理时,注意高程变化异常的点,第二天
去复查这些点.
3.初始化问题
RTK初始化过程实际上就是求解整周模糊度过
程[ 3 ],当整周模糊度求出后,也即初始化完成,此时
的解为固定解(Fixed).现在的很多双频机都具有
OTF(on the fly)初始化模式,在运动中就能完成初始
化,速度快,可靠性高.但在实际RTK测量时,有时
也存在着很难初始化的现象.
若GPS仪器初始化不了,在流动站要依次检
查:①有无电台信号;②收到的卫星数量及质量;
③四周有无障碍物及干扰源;④离基准站是否较
远,例如,超过10 km.在基准站检查:①基准站是
否正确启动并通过电台发射数据;②电台电源电压
是否较低等.通过以上检查,排除干扰后,一般都能
获得初始化.
若仍初始化不了,就要考虑是否是卫星信号的
质量问题.受太阳黑子及人为因素影响,有时在某
一时间的某一地区,初始化就是很难完成.例如,
2001年底,我们在国外某地用RTK测量时,流动站
处在开阔地带,能接收9颗卫星(卫星截止高度角
13°,PDOP≤6),电台信号很好,离基准站只有3～
4 km远,却很难初始化(实践证明浮点解平面位置误
差达半米,而高程却达2 m),经检查发现L2波段上
卫星的信噪比比较低,超过20的不足4颗,最后只
得采用缩短与基准站的距离来解决(当时与国内联
系无此现象,而当地此前及此后也无此现象发生).
4. RTK施工困难地区
在山区和树林较密的地方使用RTK作业,有其
局限性,主要表现在收不到基站信号或时有时无,初
始化慢且易丢失,测量用时较长等.
解决办法:①选好基站点,要开阔,电台功率调
到最大,电台天线尽可能架高;②把流动站GPS天
线架高;③使用电台中继站;④架双基准站工作;
⑤联合全站仪作业.实践证明,使用经过检验的
RTK点作图根点,完全可以满足工程需要[ 4 ].
四,结束语
认识并合理解决RTK测量中遇到的上述问题,
将有利于提高测量质量和施工速度,确保工程质量,
满足工程对测量的要求.
参考文献:
[ 1 ] 周忠谟,等. GPS卫星测量原理与应用[ M] .北京:测绘
出版社,1999.
[ 2 ] 蔡建忠,等.实时动态定位技术在土地勘测工作中的
应用[J ] .测绘通报,2003 ,(5).
[3 ] 靳海亮,等.矿区地形图测绘中RTK技术的应用[J ] .
测绘通报,2003 ,(10).
[ 4 ] 刘永昶,等. RTK图根控制测量及其精度检验[J ] .测
绘通报,2002 ,(4).
[ 5 ] 廖超明,等.利用GPS测量技术建立水利工程高程控
制网[J ] .测绘通报,2004 ,(2).
[ 6 ] SY/ T517122003 ,石油物探测量规范[ S] .
(上接第13页)
参考文献:
[1 ] LINDSTROM P , KOLLER D ,etal. Real2time Continuous
Level of Detail Rendering of Height Field [ J ] . Computer
Graphics(SIGGRAPH'96 Proceedings), 1996 ,(8): 1092
118.
[ 2 ] DUCHAINEAUY M ,etal. ROAMing Terrain : Real2time
Optimally Adapting Meshes [ A ] . Proceedings of Conference
on Visualization[ C] . [ s. l. ] : [ s. n. ] ,1997. 81288.
[ 3 ] STEFAN R , HEIDRICH W ,etal.Real2Time Generation of
Continuous Levels of Detail for Height Fields[ A ] . In :SKALA
V. Proc. WSCG'98[ C] . [ s. l. ] : [ s. n. ] ,1998. 3152322.
23 测 绘 通 报 2005年 第6期
1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
实时动态测量中的难点与对策
郭振华,孙喜平
(中原石油勘探局地球物理勘探公司,河南濮阳457001)
The Problems and Solutions of RTK Surveying
GUO Zhen2hua ,SUN Xi2ping
摘要:就使用GPS仪器进行RTK测量时遇到的有关高程转换,假值,初始化等难点问题进行分析,并提出解决问题的办法.
关键词:RTK;高程异常值;初始化;假值;办法
收稿日期:2004210220
作者简介:郭振华(19682),男,河南商水人,工程师,主要从事石油工程测量工作.
一,前 言
实时动态(Real Time Kinematic ,简称RTK)测量
技术,是GPS测量技术与数据传输技术相结合的产
物,是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测
量技术,是GPS测量技术发展中的一个新的突
破[ 1 ],具有定点速度快,误差不累积,节省人力,作业
效率高等特点,广泛应用于工程测量,数字化测图等
领域.但使用带RTK技术的GPS仪器进行RTK测
量时也会出现一些困难和不足.本文结合我公司使
用RTK仪器七,八年的经验,针对一些难点提出解
决问题的办法,供同行参考,不妥之处请批评指正.
二,RTK原理及作业方法
RTK技术是建立在实时处理两个测站的载波相
位基础上的,基准站通过数据链实时将采集的载波
相位观测量及测站坐标信息一同发送给流动站,流
动站一方面接收GPS卫星的载波相位,一方面接收
来自基准站的载波相位等,并组成相位差分观测值
进行实时处理,能实时给出厘米级的定位结果[ 2 ,3 ].
其作业方法是在已知点上设置GPS接收机一台(即
基准站),正确输入坐标,转换参数等数据,启动基准
站;一至多台GPS接收机在若干个待测点上设置
(即流动站),正确输入和基准站一样的转换参数等
数据,开始RTK测量.接收到来自基准站的数据
后,流动站自动求解整周模糊度(即初始化).初始
化成功后,可实时求解出厘米级的流动站的位置[ 4 ].
三,RTK作业中的难点与对策
1.大地高向海拔高的转化问题
GPS仪器直接测出的是WGS284坐标下的大地
高,经七参(或三参数等)转换可变成地方坐标系下
的大地高.大地高(H)与海拔高(h)的关系是h=
H-ζ,其中,ζ为高程异常值[1].而我们测量结果
要的一般是海拔高,这就存在一个如何快速准确地
求解ζ的问题.常用的求解ζ的方法有等值线图
法,高程拟合法和大地水准面模型法[ 5 ].
流动站的GPS高程向海拔高转换中,其高程异
常值可按下列顺序优先获取:①高程异常模型;
②从高程异常图获取;③利用高程拟合的方法求
取;④当基准站到流动站的高程异常值差值比较小
时,通过参考站的高程异常值对流动站的大地高进
行改正[ 6 ].一般在高程异常值变化比较小的地方测
量,例如平原地区,可采用在基准站直接输入北京平
面坐标.用基准站的高程改正数去时时改正流动站
的高程,直接得出流动站的海拔高.而在高程异常
值变化比较大的地方,像山区,再用上述简单的方
法,则测出的海拔高错误较大,很难满足工程要求,
解决办法是:①野外用大地坐标放样或测量,得出
每点的大地高,用当地高程异常模型进行改正;
②用地方平面坐标放样或测点,得出基于基准站高
程异常值的海拔高,用高程异常值差值(可从异常图
上量取)进行改正;③利用高程拟合法求取.
2.假值问题
我们在用GPS仪器进行RTK测量时,要求必须
初始化成功后,即解的类型为固定解(Fixed),而不
是浮点解(Floated),才能进行测量,这时精度能达到
132005年 第6期 测 绘 通 报
1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
厘米级.虽然很多接收机的标准初始化可靠性达
99. 9 %或以上,但由于受卫星,接收时间,处理软件,
环境因素等各方面影响,有时在固定解的情况下进
行放样,第二天检核发现,同一个设计点,平面位置
差20多厘米,高程差半米(排除放样误差干扰).例
如,2000年,我们在国外某地方做工程,使用某名牌
双频RTK GPS接收机进行RTK测量,第二天开始测
量前进行重复点检核时,发现以上问题.当时作业
点四周无明显障碍物及干扰源.为进一步验证事
实,我们做了一个静态点,经事后处理,证明第一天
的RTK数据是错误的.进一步检查记录手簿,发现
有误的这些点是在初始化丢失后,又重新初始化成
功后测量的.
防止假值的办法有:①每日作业前,复测两个以
上物理点;②初始化丢失后,重新初始化后要复测两
个物理点;③作业时注意高程值,看是否与实际相
符,有无异常高程值,因为出现假值时,高程变化较
大;④室内处理时,注意高程变化异常的点,第二天
去复查这些点.
3.初始化问题
RTK初始化过程实际上就是求解整周模糊度过
程[ 3 ],当整周模糊度求出后,也即初始化完成,此时
的解为固定解(Fixed).现在的很多双频机都具有
OTF(on the fly)初始化模式,在运动中就能完成初始
化,速度快,可靠性高.但在实际RTK测量时,有时
也存在着很难初始化的现象.
若GPS仪器初始化不了,在流动站要依次检
查:①有无电台信号;②收到的卫星数量及质量;
③四周有无障碍物及干扰源;④离基准站是否较
远,例如,超过10 km.在基准站检查:①基准站是
否正确启动并通过电台发射数据;②电台电源电压
是否较低等.通过以上检查,排除干扰后,一般都能
获得初始化.
若仍初始化不了,就要考虑是否是卫星信号的
质量问题.受太阳黑子及人为因素影响,有时在某
一时间的某一地区,初始化就是很难完成.例如,
2001年底,我们在国外某地用RTK测量时,流动站
处在开阔地带,能接收9颗卫星(卫星截止高度角
13°,PDOP≤6),电台信号很好,离基准站只有3～
4 km远,却很难初始化(实践证明浮点解平面位置误
差达半米,而高程却达2 m),经检查发现L2波段上
卫星的信噪比比较低,超过20的不足4颗,最后只
得采用缩短与基准站的距离来解决(当时与国内联
系无此现象,而当地此前及此后也无此现象发生).
4. RTK施工困难地区
在山区和树林较密的地方使用RTK作业,有其
局限性,主要表现在收不到基站信号或时有时无,初
始化慢且易丢失,测量用时较长等.
解决办法:①选好基站点,要开阔,电台功率调
到最大,电台天线尽可能架高;②把流动站GPS天
线架高;③使用电台中继站;④架双基准站工作;
⑤联合全站仪作业.实践证明,使用经过检验的
RTK点作图根点,完全可以满足工程需要[ 4 ].
四,结束语
认识并合理解决RTK测量中遇到的上述问题,
将有利于提高测量质量和施工速度,确保工程质量,
满足工程对测量的要求.
参考文献:
[ 1 ] 周忠谟,等. GPS卫星测量原理与应用[ M] .北京:测绘
出版社,1999.
[ 2 ] 蔡建忠,等.实时动态定位技术在土地勘测工作中的
应用[J ] .测绘通报,2003 ,(5).
[3 ] 靳海亮,等.矿区地形图测绘中RTK技术的应用[J ] .
测绘通报,2003 ,(10).
[ 4 ] 刘永昶,等. RTK图根控制测量及其精度检验[J ] .测
绘通报,2002 ,(4).
[ 5 ] 廖超明,等.利用GPS测量技术建立水利工程高程控
制网[J ] .测绘通报,2004 ,(2).
[ 6 ] SY/ T517122003 ,石油物探测量规范[ S] .
(上接第13页)
参考文献:
[1 ] LINDSTROM P , KOLLER D ,etal. Real2time Continuous
Level of Detail Rendering of Height Field [ J ] . Computer
Graphics(SIGGRAPH'96 Proceedings), 1996 ,(8): 1092
118.
[ 2 ] DUCHAINEAUY M ,etal. ROAMing Terrain : Real2time
Optimally Adapting Meshes [ A ] . Proceedings of Conference
on Visualization[ C] . [ s. l. ] : [ s. n. ] ,1997. 81288.
[ 3 ] STEFAN R , HEIDRICH W ,etal.Real2Time Generation of
Continuous Levels of Detail for Height Fields[ A ] . In :SKALA
V. Proc. WSCG'98[ C] . [ s. l. ] : [ s. n. ] ,1998. 3152322.
23 测 绘 通 报 2005年 第6期
1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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