摘要：GPS-RTK因具备高效、灵活、省时省力等优点，目前被广泛运用于测绘、能源、交通、城市建设等领域。本文通过对RTK的工作原理、精度影响因素和坐标转换参数等问题进行探讨，结合项目工作实际，初步提出如何提高RTK在测量工作中的精度和可靠性的建议，以求为后续工作提供一定的参考和借鉴。
关键词：GPS-RTK；精度影响因素；坐标转换参数；Rhino高程拟合
引言
实时动态（RTK）定位技术是以载波相位观测值为基础的差分GPS测量技术，其能够实时的提供观测点的三维坐标，并可达到厘米级精度。目前而言，传统的静态、快速静态定位、准动态定位等测量方法由于数据处理的滞后性，无法实时对定位结果和观测数据进行检核，这就难以保证观测数据的质量[1, 2]。鉴于此，RTK技术应运而生。2022年4月，国家市场监督总局、国家标准化管理委员会批准发布了15项测绘地理信息类国家标准，以RTK检定规程为技术依据，使用3种数据后处理方法对RTK实测大地高进行数据处理，探讨RTK测量的精度可靠性问题，最终算出的基线测量误差值都小于《全球导航卫星系统（GNSS）测量型接收机RTK》检定规程中的标准值，说明利用RTK进行大地高程测量的精度可靠，不会影响到GNSS总体测量精度[3]。
1 GPS-RTK工作原理
实时动态定位（RTK）系统主要由基准站、流动站、数据传输设备和随机实时数据处理软件组成，通过建立无线数据通讯，来达到实时动态测量的目的。其工作原理是选取条件最佳的点位作为控制点，架设基准站对卫星进行连续观测，并将得到的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等信息实时传送给流动站；流动站接收基准站所发射的信息，将载波相位观测值进行实时差分处理，得到基准站和流动站基线向量；基线向量加上基准站坐标得到流动站每个点的WGS84坐标，通过坐标转换参数转换得到流动站观测点的三维坐标[4]。
2 RTK特点
1.测量自动化、集成化程度高。流动站配备手簿，其内置的专业软件可满足多种测绘需求，保证了工作效率和精度；
2.测量精度高，无误差积累。在符合作业要求的工作区和一定的作业半径范围内，RTK的测量精度可达到厘米级，且测量误差分布均匀、相互独立，不存在误差积累，精度可靠性较高[5, 6]；
3.全天候作业，工作效率高。RTK只需要满足“电磁波通视和对空通视的要求”，不要求两点间通视。在一般的工作区内，RTK设站一次即可测完5km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和 “搬站”次数，仅需一人操作，每个放样点只需停留1-2s，就可完成作业，在地形复杂的山地中，如实际工作中的河南省某矿工作区，RTK所发挥的作用尤为明显。
3 影响RTK测量精度的因素分析
1.RTK测量误差与测站和距离有关[7]。测站方面，包括天线相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素等，其中多路径误差对RTK测量精度影响最大[8]，高大密集的建筑物或大面积水域对电磁波有强反射作用，卫星发射信号和物体发射的电磁波两种信号叠加，对最终测量结果会有一定影响。距离方面，主要包括轨道、电离层和对流层误差等，目前随着定轨技术的完善，轨道误差缩小为5-10cm，影响到基线的相对误差不到1ppm，其影响可忽略；电离层误差与太阳黑子活动强弱有关，一般情况下影响＜5ppm，太阳黑子活动强烈的情况下影响可达50ppm；对流层误差与测点距离有关，一般影响在3ppm以内。
2.数据链传输过程易受到无线电信号干扰和地形地势等因素的影响，在山地、林区等对空遮挡比较严重的地方，GPS卫星信号易被阻挡，信号传输强度低，使得RTK无法正常高效使用。数据传输时，平坦地区的RTK作业半径能达到5-8km，条件好的情况有可能更远，而复杂地区只能在3km以内，甚至更短[6]。
3.坐标转换参数的影响。RTK测量使用的WGS-84坐标系统和实际工作中使用1954北京坐标系由于各自椭球体定位的参数不同，在坐标上有很大的差异，有的矿区精度甚至能差到几百米。鉴于此，在测量工作开始前应选择校正点求解坐标转换参数。
4.观测时段。RTK测量结果的误差主要来源于GPS卫星、信号的传播过程和地面接收设备。其中，GPS卫星和信号传播过程中产生的误差是用户无法消除的。因此在实际工作中，应做好星历预报，选择合适的观测时段，保证观测时GPS接收机的PDOP值小于6，从而保证定位精度、减小测量误差。
4 坐标转换参数的探讨
在测量工作中，为保证测量精度，要对坐标转换参数进行求解。目前国内外坐标变换的模型已较为成熟[9]，主要有：布尔沙－沃尔夫（Bursa-Wolf）模型、莫洛登斯基－巴代卡斯（Molodensky-Badekas）模型、维斯（Veis）模型和霍蒂内（Hotine）模型、一步法模型等。其有7个变换参数，分别为3个平移参数（Δｘ0，Δｙ0，Δｚ0）、3个旋转参数（Ωｘ，Ωｙ，Ωｚ）和1个尺度参数（ｍ）。
当工作区所在区域较小时，旋转角值和尺度变化很小，可以忽略旋转角和尺度因子的影响，将坐标系间的变化简化为两个坐标原点间的平移，考虑平移参数的问题，即三参数法。
关于坐标转换参数的求解，需要提前在工作区均匀选取一定数量的静态控制点，与地方坐标系的控制点进行联测，获取到控制点的WGS-84坐标系统坐标和地方坐标系统坐标，然后利用手簿内自带的随机实时处理软件求解坐标转换参数。
在本次地面物探项目中，矿方提供了三个已知控制点（表4-1），可以通过相关软件计算出坐标转换参数。
利用COORD软件选取一步法模型，计算出七参数为：
DX=3203129.762366；DY=1261448.625678；DZ=954592.702166；
WX=-0.0270295654；WY=0.4324767678；WZ=-1.9179454348；
K=-1.344909019102
为在更大程度上保证测量的可靠性，在求解坐标转换参数时，可用不同的计算方法进行求解，选择残差较小、精度较高的一组参数使用。由于坐标转换参数的求解是建立在已知点坐标的精度和分布范围的基础上，因此坐标转换参数具有一定的区域性，它仅适用于已知点所确定的工作区和临近地区，不能直接应用到其它地区。
5 高程拟合精度分析
Rhino是由美国Robert McNeel公司于1998年推出的一款基于NURBS为主的高级三维建模软件，其配合grasshopper参数化建模插件，可以快速做出各种优美的曲面造型。基于此，本文将Rhino建模与奥维卫星影像图相结合，来探讨RTK坐标数据对于地形的拟合精度状况。
为验证RTK的实用性和精度，本次在河南省某矿地面物探项目中，利用华测RTK对工作区的17条测线进行了数据采集工作，除去地形复杂区域无法采集到的数据，共计采集到1410个数据，本文将L1-L17号测线起始点坐标高程数据汇总如下（表5-1）。
将采集到的坐标及高程数据通过Rhion进行建模及高程拟合（图5-1），与实际工作区卫星图进行了对比（图5-2），经分析与实地勘察发现，采集到的RTK坐标高程数据建模得出的地形图与卫星影像图基本吻合，说明使用RTK技术进行地面测量工作是可行的。
6 结论
（1）综上所述，GPS-RTK技术在煤矿地面测量工作中能够充分提高工作效率，并保证观测数据的质量，满足测量工作的精度要求；
（2）结合本次在该工作区RTK作业中的应用总结，为最大程度保证RTK在未来工作中的测量精度，本文提出以下措施：
1) 因RTK的测量精度和可靠性受卫星位置、大气条件和多路径等外界条件影响，在工作中需要把仪器架设在开阔、无明显电磁干扰和多路径环境的地方。同时，基站应尽量布设在相对较高的位置，以获得最大的数据传输有效半径。草地、灌木丛和其他地面植被能较好地吸收信号能量，是较为理想的基站安置地。
2) 合理布设控制点。为保证基准站与流动站之间能够进行正常的数据传输，在布设控制网时应多选取些控制点，且相邻控制点之间的距离应在RTK作业半径的2/3内，用RTK对控制点的坐标进行检核。
3) 确定坐标转换参数。RTK测量工作中需要求解坐标系统间的转换参数。其中所选择的校正点应分布均匀，水平、垂直残差应在3.5cm以下，如用四个点做点校正，该测量作业区域最好在四个点连成的四边形内部，且要避免高程控制点的线性分布，若用三个高程点进行点校正，则三个点连成的图形应接近正三角形，若是四个点则要接近正方形，避免所有的已知点分布接近为直线。最后要利用校正点检查转换参数的准确性。
4) 电台变频实时检测。为满足更高的精度要求，可以在工作中设置两个基准站，并采用不同的频率发送数据，流动站用变频开关选择性地接收每个基准站的改正数据，对得到的结果进行比较分析就可实时判断接收机的可靠性。
5) 选取合适的作业半径。要保证RTK的测量精度，需要根据不同的地形条件选择合适的作业半径，平坦地区的作业半径可控制在5-8km，丘陵地区控制在5-6km，城镇地区则应控制在2-3km，复杂地区作业半径应更短。
6) 适当利用浮空器辅助测量工作[10]。传统的地面基准站信号受地形的影响较大，在架设基准站时会尽量选择地势较高且相对开阔之地，但在实际工作区中仍然会存在信号无法全覆盖或者信号质量差，影响测量精度。浮空器搭载的信号转发平台可将差分信号延申，其空域俯视角度最大程度的减小山区或者有大量建筑物遮挡所造成的信号微弱的问题，提高工作区内的信号覆盖率。在实际工作中明确需求后，可将浮空器信号转发平台作为RTK测量的重要组成部分，为测量工作提供保障。
参考文献
[1].余小龙与胡学奎, GPS RTK技术的优缺点及发展前景. 测绘通报, 2007(10): 第39-41+44页.
[2].王刚, 郭广礼与王磊, GPS-RTK技术在矿山测量中的应用研究. 煤矿现代化, 2011(01): 第89-92页.
[3].15项测绘地理信息类国家标准发布. 测绘标准化, 2022. 38(02): 第108页.
[4].刘强等, GPS校正点选取对RTK平面测量精度的影响分析. 测绘信息与工程, 2009. 34(03): 第8-9页.
[5].原涛, RTK测图与全站仪测图对比分析. 河南理工大学学报(自然科学版), 2010. 29(06): 第775-779页.
[6].陈俊林, GPS-RTK在常规控制测量中的精度及可靠性分析. 测绘与空间地理信息, 2011. 34(05): 第95-98页.
[7].潘宝玉与李宏伟, RTK技术的特点及提高成果精度的技术关键. 测绘工程, 2003(04): 第46-49页.
[8].谢世杰与奚有根, RTK的特点与误差分析. 测绘工程, 2002(02): 第34-37页.
[9].田泽海, GPS-RTK测量求取坐标转换参数的探讨. 测绘与空间地理信息, 2008(02): 第52-54页.
[10].熊思进等, 浮空器在RTK测量领域中的应用. 中国科技信息, 2022(05): 第50-51页.
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