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GPS RTK控制测量在地籍测量中的应用

1RTK控制测量GPSRTK(GPS卫星全球定位系统;RTK厘米级精度动态实时差分测量)实时动态定位技术效率高,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。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

RTK(GPS卫星全球定位系统;RTK厘米级精度动态实时差分测量)实时动态定位技术效率高,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。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。
  由于厂矿工业区建筑物密,通视困难,采用RTK的技术优势进行测量较为方便。此次测量以工业厂区为主,在测区内以8个四等GPS点为起算点,采用两台 Smait6200双频GPS接收机实时动态测量模式,流动站用支撑杆竖直。布点时为了方便测图使用和便于RTK测量等因素,尽量避开高压线、高大建筑物及高密树林等因素对RTK测量的影响。实在无法回避的地方,采用增加观测时间、增加观测次数的方法以提高观测精度,基准站设在地势较高的七层楼楼顶。由于 GPS并不需要点间通视,不必为通视的原因而搬好几次站,大大减少了测量时间。流动站仅需一次完成,所以减少了人力、财力。
  RTK控制测量时,首先用已知控制点建立投影的局部归化参数,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;垂直残差控制在5cm。去除最大的粗差。
  测区内现有四等GPS控制点36个,于1998年由武汉勘察研究院布设并施测。其坐标系为1956年北京坐标系,中央子午线117°39ˊ,高程为 1956年黄海高程系。为检验原有测量成果的可靠性,首先选用RTK对测区部分原有GPS点的坐标和高程进行了检验。选取经现场踏勘原有GPS现存点点位保存完整,并且标石完好的控制点21个进行动态RTK测量。在认为检测与原测精度相同的情况下,根据两次测量的平面位置和高程较差可以算得原有GPS点点位中误差±2.02cm,最大点位中误差±4.8cm;高程中误差±1.72cm,最大较差±4.2cm,结果表明所测点精度良好。
  为了检验RTK控制点的实际精度,RTK测量结束后用全站仪对部分相互通视的点间的相对关系进行了实测检查。检查共设25站,测边69条,测角57 个,测三角高程69个,涉及点数83个,占控制点总数的11.4%。在多方向测站,假定测站点坐标、高程和较长边方位角为已知数据,利用检测的角度、边长、高差重新推算其他相邻点的坐标和高程,可算得相邻点点位中误差±2.03cm,最弱点点位中误差±4.0cm;高程中误差±2.02cm,最大较差±4.2cm。因此,RTK实测精度完全符合一级导线测量精度要求,而且误差分布均匀,不存在误差积累问题。
  需要说明的是:RTK测设的相邻点间由于没有发生直接关系,所以相邻点仅仅是地理位置上的相邻,与常规导线测量的“相邻点”具有完全不同的内涵,其精度与任意非相邻点并无差别;对于短边相邻点而言,因为其边短反而使边长相对误差、水平角误差显得更大一些,因此不能以导线相邻点边长相对误差、角度中误差等指标作为衡量RTK相邻点精度的指标。
  利用RTK进行控制测量不受天气、地形、通视等条件的限制,控制测量操作简便、机动性强,工作效率比传统方法提高数倍,大大节省人力,不仅能够达到一级导线测量的精度要求,而且误差分布均匀,不存在误差积累问题。但为了得到高精度的测量数据,必须求出适合于本地区的坐标系统转换参数和水准面模型转换参数。
  根据四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原有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RTK同样适用于四等以下的各级控制测量。

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摘要:本文讨论了采用临时基站RTK测量方法,在不使用坐标转换参数和高程异常拟合参数而仅利用手簿软件提供的单点校正方法进行测量和数据处理的情况下,未知点位坐标和高程测量结果的误差问题。对于各类测绘项目中正确合理的应用临时基站RTK测量方法具有一定的指导意义。

关键词:临时基站、RTK、单点校正、误差

Kinematic)测量技术即载波相位动态实时差分技术,具有定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、提供三维坐标、操作简便等特点,深受专业测绘单位和广大非专业用户的青睐。RTK技术按照差分模式分为网络RTK、单基站RTK和临时基站RTK。前两类RTK都具有永久固定基站,而临时基站RTK系统由基站GPS接收机、数据链和移动站GPS接收机组成,基站的位置可根据需要灵活设置,在没有建立CORS(Continuously System)的地区得到广泛的应用。由于临时基站RTK测量的坐标是基于基站导航解的WGS-84三维坐标,必须通过转换才能得到而用户需要的国家或地方坐标系的平面坐标和正常高,转换的方法通常有转换模型法、单点校正法或二者组合的方法。实际应用中,部分用户时常在小范围内无转换参数的情况下仅采用单点校正方法进行RTK测量,本文将讨论这种测量方法的局限性及其产生的平面坐标和正常高误差情况。

1 RTK测量数据处理方法

1.1 坐标和高程转换方法

由于临时基站RTK测量的坐标是基于基站导航解的WGS-84三维坐标,必须利用坐标转换参数和高程异常拟合参数进行转换才能得到而用户需要的国家或地方坐标系的平面坐标和正常高,必要时还要进行单点校正[3]。

坐标转换参数通常有平面相似变换模型的四参数(需要2个以上重合点)和三维转换布尔莎模型的七参数(需要3个以上重合点),参数的获取有两种方法:一是采用已有的WGS-84或CGCS2000转换至所需坐标系的转换参数;二是通过基站设置完成未进行任何转换设置前,在具有所需的坐标系统坐标的已知点上进行RTK测量,将测量结果与已知坐标共同交由RTK测量手簿解算转换参数。采用前者时需要在一个已知点上进行单点校正,后者至少需要在一个已知点上进行坐标检核。

高程异常拟合参数则包括加权平均参数(需要4个以下重合点)、平面拟合参数(需要4-6个重合点)和曲面拟合参数(需要7个以上重合点)。参数的获取有两种方法:一是采用已有的WGS-84或CGCS2000大地高转换为正常高的高程异常拟合参数;二是通过基站设置完成未进行任何转换设置前,在具有正常高的已知点上进行RTK测量,将测量结果与已知正常高共同交由RTK测量手簿解算高程异常拟合参数。采用前者时需要在一个已知点上进行单点校正,后者至少需要在一个已知点上进行坐标检核。

单点校正根据实际情况可以在将基站架设在已知点上进行,也可以架设在未知点上进行。单点校正工作完成后得到校正参数。

1.2 校正参数的实质

由上节可知,用户所需的最终测量结果是RTK原始测量结果经过转换和校正后得到的,校正参数实质上是RTK原始测量结果误差(临时基站位置导航解相对于其精确值的修正量)和系统转换改正数误差(依转换模型计算的改正量在校正点上的残差)的综合体现。

为了更加直观的分析单点校正RTK测量结果的误差,在北纬46°32′~46°48′、东经82°58.5′~83°21.5′区域,按一定间隔生成若干个格网结点,获取它们的2000国家大地坐标系转换到1980西安坐标系的坐标改正数和2000国家大地坐标系高程异常,并据此按照(6)式计算每个格网结点相对于格网中心点的坐标(点位)改正数差值和高程异常差值。最后,将这些差值分别绘制成点位改正数差值等值线图(图1)和高程异常差值等值线图(图2),并套绘从中心点开始向8个方向每隔1km一个点位(每个方向14个点位)的差值散点图。如果把格网中心点当做无转换参数的单点校正RTK测量时的校正点,不同方向上每隔1km间隔的散点作为RTK测量点,那么这些点上的点位改正数差值和高程异常差值就是相应的测量误差。

从图1可以看出,各个方向上距离中心点(校正点)越远,点位改正数差值即无转换参数的单点校正RTK测量的点位误差(或者说坐标转换误差)就越大。以RTK测量碎部点为例,《卫星定位城市测量技术规范》要求坐标转换内部符合误差不超过±2cm,当校正点为三级以上控制点时距离不超过10km,四等以上控制点时距离距离不超过15km[2],而本例中满足坐标转换内部符合误差要求的距离只有3km左右;《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》要求1:500比例尺时,坐标转换内部符合误差不超过±5cm,距离校正点不超过10km[1] ,而本例中满足坐标转换内部符合误差要求的距离只有7km左右。

从图2可以看出,各个方向上(除与高程异常差值变化方向垂直的以外)距离中心点(校正点)越远,高程异常改正数差值即无转换参数的单点校正RTK测量的高程误差(或者说高程转换误差)就越大。以RTK测量碎部点为例,《卫星定位城市测量技术规范》要求高程异常拟合内部符合误差不超过±10cm,当校正点为三级以上控制点时距离不超过10km,四等以上控制点时距离距离不超过15km[2],而本例中滿足异常拟合内部符合误差要求的距离只有2-7km左右;《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》要求1:500比例尺时,高程异常拟合内部符合误差不超过±5cm,距离校正点不超过10km,而本例中满足异常拟合内部符合误差要求的距离只有1-3km左右。

(1)无转换参数的单点校正RTK测量结果误差,就是以校正点上的系统转换改正数代替其它点位的系统转换改正数造成的系统转换误差,可以用任意点系统转换改正数相对于校正点的差值来计算。

(2)无转换参数的单点校正RTK测量的误差,总体上与距校正点的距离成正比。在各个方向上,点位误差距离校正点越远就越大,高程误差除与高程异常差值变化方向垂直的以外距离校正点越远亦越大。本文中的相关数值虽然只是特定区域数据的计算结果,不能代表其它地区,但是所反应出的误差规律是客观事实。

(3)无转换参数的单点校正RTK测量方法理论上不严密,实践上不能满足有关规范的要求。RTK测量前应该严格遵循规范的要求,首先确定坐标转换参数和高程异常拟合参数,然后后再开展后续作业。

[1]国家测绘局. CH/T 全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范[M].北京:测绘出版社,2010.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ/T 73-2010 卫星定位城市测量技术规范[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[3]南方测绘仪器有限公司.工程之星用户手册[M].2010.8.

(作者单位:新疆新力测绘工程有限公司)

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RTK测量是什么?很多还没有接触过RTK的人肯定会这样问,作为陕西优秀RTK经销商,今天华测测量为大家准备了这篇文章,希望对大家有帮助。其实,RTK实时动态定位测量属于载波相位实时差分技术,是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法,将基准站采集的载波相位发给用户接收机,并利用基准站和移动站之间观测误差的空间相关性,通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差,从而实现厘米级的高精度的定位。

RTK测量不需要事后进行解算,在野外即可实时得到厘米级的定位精度,RTK的出现是GNSS测量应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地形测图等各种测绘工作带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则流动站可随时给出厘米级定位结果。

RTK技术在应用中遇到的较大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。GPS误差的空间相关性随参考站和移动站距离的增加而逐渐失去线性,因此在较长距离下(单频>10km,双频>30km),经过差分处理后的用户数据仍然含有很大的观测误差,从而导致定位精度的降低和无法解算载波相位的整周模糊。所以,为了保证得到满意的定位精度,传统的单机RTK的作业距离都非常有限。

为了克服传统RTK技术的缺陷,在20世纪90年代中期,人们提出了网络RTK技术。在网络RTK技术中,线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代,即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型,并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据,而是一个虚拟参考站的数据,和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据,因此网络RTK技术又被称为虚拟参考站技术。随着科学技术的不断发展,RTK技术已由传统的1+1或1+2发展到了广域差分系统WADGPS,有些城市建立起CORS系统,大大提高了RTK的测量范围,在数据传输方面也有了长足的进展,传统的数传电台由于环境与功率衰减的影响,在遇建筑物或山体等障碍物遮挡时,导致数据传输的效果和距离都不能达到预期的效果。 GPRS和GSM网络传输技术的出现,大大提高了数据的传输效率和范围。

rtk是什么?想必大家都有个初步的了解了,想要知道更多器信息,欢迎您来亲自试用。

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