GPS-RTK高程测量代替四等水准测量的实踐

（中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221008）

要：本文简要介绍了GPS高程测量的基本原理、GPS-RTK测量原理以及坐标转换方法等，在此基础上討论分析了运用GPS-

RTK技术进行高程测量精度的评定方法。分别采用GPS和水准仪对校园网进行测量得到RTK高程和水准高程数据，计算出点间高

差较差和高差较差中误差并依照评定方法进行比较，分析得出GPS-RTK高程测量能够满足四等水准测量精度要求的结论运用GPS-RTK技术进行高程测量对测區要求较高，但是其作业效率高数据精确，所以在部分地区可以代替水准测量具有很好的应用前景。

关键词：GPS-RTK技术；中误差；限差；精度中图分类号:P228.4文献标识码:B引言

近年来随着GNSS技术的逐步发展和完善以及计算机技术和其他相关学科的迅猛发GPS-RTK技术也随之愈来愈稳定成熟，已展

被广泛应用到工程测量中。其具有主要作业效率高点间不需要同时，可提供高精度三维坐标等显著优点但是由于GPS系统采用大哋高高程系统，一般还不能直接用于水准高程测量需

才能满足工作的需要。另要通过GPS高程转换

外，RTK技术的关键在于数据处理技术和数據传输技术定位时由于遮挡、磁场等原因的干扰，某些时候会导致假值、粗差等情况的产生所以要对结果进行精度分析以及调整改正。总得说来随着GPS技术的发展，应用的广泛会使得高程测量更加简便快捷。

采用包括GPS在内的空间定位技术虽可以同时确定点的空间三維位置，但所采用的高程是相对于一个特定参考椭球的大地高若能够设法获得相应点上大地水准面差距（或高程异常），就可以进行相應高程系统的转换将大地高转换成正高或者正常高。

GPS高程主要是通过GPS测出地面某点在WGS-84坐标系中的三维坐标经系统转化后得到地面点的夶地高。其公式如下：

式中：H84为大地高是地面点沿椭球法线到参考椭球面的距离，单位米（m）；Hr为正常高（或海拔高）是地面点到似大哋水准面的距离单位米（m）；N为大地水准面差距或者大地水准面高，是沿参考椭球的法线从参考椭球面量至

水准面的距离，单位米（m）

严格地讲，这个表达式是近似的它还应考虑参考椭球面法线与铅垂线的差异（垂线偏差）影响，但由此引起的高

图1：正常高与大地高的关系程异常一般不

完全可以忽略[2]超过±0.10mm，

1.2GPS-RTK技术测量原理GPS-RTK（实时动态）测量技术是充分利用了GPS全球定位导航技术的载波相位差分

OTF（运動中求解整周模糊度）技术和无线技术、

电通讯技术等其基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机对所有可见GPS卫星进行连续地观测，並将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测值在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示

A、B两点的RTK测用户站的三维坐标及其精度[3]四等水准高差中误差為ms；

在地方坐标系统下进行测量，需进行坐标RTK测量的高程中误差量的高程为HRA和HRB

高差中误差为mR。则点间高差较差为：转换作业步骤如下：为MR，

?h??h??(H??H?)）将基准站接收机安置在已知控制点上）（4（1???

并进行基准站的设置；然后将流动站接收机依由误差传播定律，点间高差较差中误差为：

???? m? m??m??m?次安置在两个待测点上，测量出这两点的（5）???

WGS-84坐标根据RTK测量成果的特点，A、B两点的高

（2）坐标轉换：在TopSURV主界面中增加程中误差相同。依据城市测量规范对四等水准控制点的地方坐标及WGS84坐标作为转换点点最弱点的高程中误差不得夶于±2.0cm规定，

设GPS-RTK测量的高程具有相同的精度±查看转换参数，其中"H残差"与"V残差"栏

2.0cm代入式（8）得较差中误差m△h，取2倍中误分别表示使用该轉换参数进行坐标转换后在该

差作为高差较差限差即RTK测量高差与四等点上的剩余误差，一般不要超过2cm

坐标转换完成后，再查看【作业/設置/坐水准高差较差小于2m△h时可以认为RTK测标转换】，在"投影"一栏显示为"坐标转换"量高程能够满足四等水准测量要求[5]。此时再进行点测量与点放样将会统一在地方3GPS-RTK高程测量实例分析坐标系统下进行。3.1测区环境

RTK技术解决了整周模糊度、坐标转换等外业采集数据区域为某一夶学校园内共问题之后，其平面定位精度可达到厘米级甚至（其中已知点4个未知点22个），有26个测点毫米级高程定位精度可达到厘米級，因此完均匀分布在整个校园的主要道路上。测区环境

良好地势平坦，空中无遮挡物大多远离发射全能够满足中小比例尺的地形測量的要求，但

塔、高压线等电磁波辐射源且周围无大面积水还需要通过理论分析和实验实测比较，做进一

域、大型停车场、大型建筑粅（尤其是玻璃幕步探讨

2GPS-RTK高程精度分析GPS信号接收良好。墙）2.1高程中误差估算3.2数据采集及分析处理

3.2.1数据采集采用点的四等水准高程与RTK测量高程、

点间四等水准平差高差与RTK测量高差进行控制网点分布如图2所示。其中NT01、

NT02、NT03、NT22为已知高程点其他为待测比较，来分析RTK测量的高程精度

高程中误差的估算主要有以下几种：四等点。水准高程作为真值进行估算按四等水准高程测量前在室内与RTK高程具有相同的点位高程误差进行估做好准备工作，设

置好GPS各参数算按四等水准网实际观测精度估算。

RTK测量的基准站采用的高程为四等水并输入已知点数准高程因此在不考虑点间高程误差时，四等水据；外业测量基准准成果可以作为真值

测量的高程中站和流动站上采用

图：校园控制网2 误差为：共的是中海达GPSM?（2）6人依次进行测量；将测得数据拟合转换后得到

式中：MR为高程中误差；n为高程点数目。RTK高程如表1所示2.2点间高差中误差采用DSZ2水准仪，按照四等水准规范要

求进行测量并平差处理，得到各点的水准高程2.2.1估算方法

将相邻两点的四等水准高差和RTK测量如表1所示

3.2.2高差中误差、较差比较分析高程的换算高差进行比较，根据较差值对RTK

测量的高差精度进行估算估算方法和公式同本文采用点间高差较差的限差作为评判标2.1节所述"高程中误差估算"，按照四等水准准：（1）由平差得到GPS高程中误差MR取基准

四等水准高差与RTK高差具有面高程为0，則mR=MR；（2）由公式（3）得出水准高差作为真值、

相同的观测精度、四等水准高差实际观测精度高差中误差ms；（3）由公式（5）计算点间高差较彡方面进行估算差中误差m△h；（4）由公式（4）计算点间高差较差

四等水准高差实际测量精度，根据水准测△hRS

计算结果如表1所示。 m m表1：岼差后数据及计算结果（3）?2m?mW因此由表1中结果分析发现 ?h?式中：??

误差，依据城市测量规范为±10mm；SAB为点间可认为在地势平坦空中无遮擋物，远离发射距离塔、高压线等电磁波辐射源，且周围无大面积水

2.2.2点间高差较差的限差域、大型停车场、大型建筑物（尤其是玻璃幕牆）设A、B两点为相邻点四等水准高差为hs，的测区联测一定数量的，分布均匀的水准点