静态控制测量和RTK测量共用接收机的探讨

李想

摘要：文章分析了静态控制测量与RTK动态测量的同时应用，阐述了静、动结合的测量方法，并通过生产实例，该方法可靠，可供同行参考。

关键词：静态控制测量RTKGPS

GPS定位技术是在军工和航天及无线电通讯科学技术的发展基础上建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统，由空间部分、地面控制部分和用户设备三部分组成。它利用位于距地球2万多公里高的由24颗人造卫星组成的卫星网（即所谓“天网”），向地球不断发射定位及时间信号。地球上的任何一个GPS接收机，只要接收到4颗以上的卫星发出的信号，经过计算处理后，就可报出GPS接收机（目标）的位置（经度、纬度、高度）、时间和运动状态（速度、航向）。GPS能够达到高精度、高速度、全天候和全球性的性能。高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。为了提高工作效率，本文研究了静态控制测量与RTK动态测量同时应用同一接收机的测量方法，大大提高了长输线路测量速度。

GPS定位原理和方式

GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）；以及GPS系统信息，如卫星状况等。

GPS接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为伪距。对OA码测得的伪距称为UA码伪距，精度约为20m左右，对P码测得的伪距称为P码伪距，精度约为2m左右。GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其他技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此，只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高、接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。

二、GPS-RTK的定位原理

GPS-RTK测量是一项比较新的技术，它具有点与点之间不要求通视，相对定位精度较高，地形测量快速、灵活的特点。与常规测量方式相比，在控制点比较少、地形条件复杂的地区更能发挥其优势。

GPS-RTK定位的基本原理是基准站实时地将测量地载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，流动站通过无线电接收基准站发射的信号，将载波相位观测值实时地进行差分处理，得到基准站和流动站之间的坐标差ΔX、ΔY、ΔZ，计算出流动站的坐标。

坐标差的计算采用最小二乘的平差计算方法，将双差分观测方程按泰勒级数展开后的公式为：V=A1×X1+A2×X2-f，其中，X1为基线矢量，X2为载波相位的整周模糊度。

按最小二乘原则：VTPV=Min，用消元法先消去X1，求出X2模糊度。

（1）如果不将模糊度整数化，带入法方程求出X1，X1=（ΔX，ΔY，ΔZ），此解称为浮动解，精度为分米级。

（2）如果将模糊度整数化，带入法方程求出X1，X1=（ΔX，ΔY，ΔZ），此解称为固定解，精度为厘米级。

设基准站的坐标为（X0,Y0,Z0），则流动站的坐标为：

Xi=X0+ΔX，Yi=Y0+ΔY，Zi=Z0+ΔZ

三、高程问题的解决方案

GPS所测成果为基于WGS-84椭球的成果，称为大地高，用Hag表示。通常在测绘工作中应用的高程为基于似大地水准面上的正常高，用Hγ表示。大地高与正常高之间的差值称为高程异常，用 ζAg表示。

在GPS-RTK测量中求得实际应用的正常高Hγ的关键是求出高程异常ζAg。求得高程异常的方法大概有以下几种：

（1）利用测区内的几个GPS点的水准高程值，通过拟合的方法求出其他各点高程异常值。目前的计算方法有：绘等值线法、解析内插法、曲面拟合法等，但应用比较多的是平面拟合法及二次曲面拟合法。二次曲面方程为：N(x,y)=a0+a1x+a2y+a3x2+a4xy+a5y2

其中，a0、a1、a2、a3、a4、a5为拟合待定参数，x、y为各GPS点的坐标。式中取一次项为平面拟合，取至二次项为二次曲面拟合。此方法应具备的条件为：首先测区的首级控制为GPS网，并且有WGS84和北京54两套坐标系的成果，其次在首级GPS控制网中有均匀分布的水准重合点。

（2）利用地球重力场模型推算高程异常值，但由于我国重力资料的限制，此方法目前很难普遍应用到工程测量当中。

此方法在有严密精度评定的前提下，可以满足图根控制的

施测，已广泛地应用于生产实践中。

四、静态控制测量和RTK测量共同使用同一接收机的应用

通常我们使用GPS接收机做静态测量时，都是用3台以上的接收机进行，但仅仅是做静态，在陕京三线输气管道工程线路测量中，把做静态的接收机同时用做RTK基准站的接收机，一机两用，实现了双重应用。一般情况是首级控制做完后进行加密控制测量，这里RTK就起到了加密控制的作用，而且，在能够获得初始化情况内可以把控制点加密到任意位置。

最后，通过位差△S和观测个数n求得这组数据的观测值中误差m等于8.8mm，显然，这个数值满足规范中有关图根点点位中误差不得大于图上±0.1mm的要求。

五、结束语

由此可见，在线路测量中，静态控制测量和RTK测量共同使用同一接收机的测量方法，可大大提高工作效率，缩短工期。

参考文献

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［2］刘基余，李征航，王跃虎，等.全球定位系统原理及应用［M］.

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［3］武汉测绘科技大学《测量学》编写组.测量学［M］.第3版，武

汉：测绘出版社，2000.