RTK技術(shù)在常規(guī)控制測量中的應(yīng)用分析.doc

RTK技術(shù)在常規(guī)控制測量中的應(yīng)用分析 蔡曉平來源：中國測繪文字大小：【大】【中】【小】 GPS RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)又稱載波相位動態(tài)實時差分技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測量點在指定坐標系中的三維坐標（x,y,z），并能夠達到厘米級的精度。RTK技術(shù)的出現(xiàn)可以說是測量技術(shù)史上的一場革命，由于其在野外作業(yè)時能夠?qū)崟r提供測量點的三維坐標，具備靈活、快速、省時、省力及精度高等優(yōu)點，能極大地提高工作效率，深受眾多測量單位的歡迎。 本文想通過近幾年來在多個測量項目中的應(yīng)用、實驗，并和全站儀、經(jīng)緯儀等傳統(tǒng)測量儀器比較，來探討RTK技術(shù)在控制測量中的應(yīng)用，以達到推廣應(yīng)用RTK技術(shù)的目的。1. 作業(yè)原理 GPS RTK技術(shù)系統(tǒng)用戶主要包括三個部分：基準站、流動站和數(shù)據(jù)鏈。其作業(yè)原理是：基準站接收機架設(shè)在已知或未知坐標的參考點上，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號，基準站將測站點坐標、偽距觀測值、載波相位觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和接收機工作狀態(tài)等通過無線數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給流動站，流動站先進行初始化，完成整周未知數(shù)的搜索求解后，進入動態(tài)作業(yè)。流動站在接收來自基準站的數(shù)據(jù)時，同步觀測采集GPS衛(wèi)星載波相位數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)內(nèi)差分處理求解載波相位整周模糊度，根據(jù)基準站和流動站的相關(guān)性，得出流動站的平面坐標x,y和高程h。2. 作業(yè)時需注意的問題 求解平面轉(zhuǎn)換參數(shù)，至少要聯(lián)測三個已知平面坐標點，求解高程轉(zhuǎn)換參數(shù)則需要聯(lián)測四個已知高程點，聯(lián)測的所有已知點應(yīng)分布均勻，且能覆蓋整個測區(qū)。為了提高WGS-84坐標系與當?shù)刈鴺讼禂?shù)學模型的擬合程度，進而提高待測點的精度，通常要聯(lián)測盡可能多的已知點。轉(zhuǎn)換參數(shù)的求得通常有兩種方法：一是充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料，將多個已知點的WGS-84坐標與相應(yīng)的當?shù)刈鴺溯斎腚娮邮植局?，利用?nèi)置軟件，經(jīng)平差解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)；二是將基準站架設(shè)在已知點或未知點上，流動站依次測量各已知點的WGS-84坐標，再將各已知點所對應(yīng)的當?shù)刈鴺讼档钠矫孀鴺撕透叱梯斎胧植局羞M行點校正，剔除校正殘差比較大的已知點，從而解算出兩坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。 在作業(yè)時，基準站一般要選擇在周圍沒有遮擋的開闊地方，以使基準站能夠接收到盡可能多的GPS衛(wèi)星信號；考慮到電磁波干擾及湖面、水面及建筑物等帶來的多路徑效應(yīng)，基準站要遠離無線電發(fā)射源、高壓線及水面；為了增大基準站無線電有效的發(fā)射距離，要盡可能把基準站選在地勢較高的地方，并架設(shè)穩(wěn)定牢固，觀測期間不能有輕微晃動，以免影響測量精度。3. 應(yīng)用分析 3.1 RTK平面測量 3.1.1 上海外高橋保稅區(qū)物流區(qū)二期工程地形RTK測量 在上海外高橋保稅區(qū)物流區(qū)二期工程前期2.8 平方公里 1500地形測量中，采用RTK技術(shù)來代替常規(guī)一級導(dǎo)線測量。本次基準站設(shè)置在測區(qū)中部的測量控制點上，周圍環(huán)境符合基準站的架設(shè)條件，與已知點的距離在3.04.0千米之間。聯(lián)測三個C級、四個D級GPS點(三等水準點)，解算出兩坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，水平殘差最大為2.1厘米，垂直殘差最大為0.7厘米。為了提高待測點的觀測精度，將GPS天線用對中器對中已知點，觀測時間大于60秒，采用不同的時間段進行兩次觀測取平均值；機內(nèi)精度指標預(yù)設(shè)為點位中誤差1.5 厘米，高程中誤差2.0 厘米；觀測中，取平面和高程中誤差均小于1.0 厘米時進行記錄。 通過比較相同點兩次RTK觀測值坐標，可以看出，相同點兩次RTK觀測值坐標較差最大值為2.4厘米，最小值為0.1厘米?？紤]到兩次觀測采用了同一基準站，觀測條件基本相同，可以將其視為同精度雙觀測值的情況，進而求得觀測值中誤差和平均值中誤差。從誤差可以看出，RTK技術(shù)能滿足城市測量規(guī)范CJJ 8-99中最弱點的點位中誤差（相對于起算點）不大于5 厘米的要求。 3.1.2 上海西北角某工業(yè)園區(qū)RTK測量 在上海西北角某工業(yè)園區(qū)1500地形圖測量工程中，因帶狀地形較長且靠近郊區(qū)，附近可用的GPS控制點很少，如果采用常規(guī)控制測量方法無法滿足甲方對工期的要求，故使用RTK技術(shù)進行了控制加密。本次測量分別取D級GPS點G407、G408為基準站，進行了兩次測量，并對相同RTK點的兩個觀測坐標進行了比較，其中坐標較差值最大為3.0 厘米，最小為0.2 厘米，坐標較差值的中誤差為2.4 厘米。 隨后我們使用2級全站儀對部分RTK控制點進行了角度和邊長（按照二級導(dǎo)線精度）的檢測，并對檢測結(jié)果進行了統(tǒng)計。RTK觀測值與全站儀觀測值反算夾角和邊長比較，夾角差值中誤差為5.4，邊長差值中誤差為4.2 毫米米。邊長差值最大為+6 毫米米，邊長差值相對誤差最大為1/57712，以上均滿足城市測量規(guī)范CJJ 8-99中對二級導(dǎo)線的要求。 3.2 RTK高程測量 在上海某高爾夫球場土方量計算控制測量項目中，我們采用常規(guī)手段對RTK控制點進行了四等水準測量。平差后，每公里高差中誤差為4.2 毫米，最弱點高程中誤差為6.5毫米。同時我們也利用RTK技術(shù)對相同點進行了高程測量,并對上述兩種技術(shù)所測成果進行了比較。 四等水準測量與RTK高程觀測值比較，高程較差最大為-3.6 厘米，最小為-0.1 厘米，高程較差中誤差為2.4 厘米。 如果四等水準網(wǎng)高程中誤差取2.0 厘米，RTK高程測量的中誤差采用其預(yù)設(shè)精度2.0 厘米，則利用誤差傳播定律可以得到高程較差理論中誤差為2.8 厘米，高程較差允許限差為5.6 厘米?？梢娗蟮玫母叱梯^差中誤差小于高程較差理論中誤差。 為了進一步驗證RTK點高程的精度，抽取部分測點分別用RTK高程和四等水準高程反算出相鄰兩點間高差，并作了對比。 RTK 觀測高差與四等水準觀測高差的比較，高差較差平均值為-0.97 厘米。根據(jù)實際經(jīng)驗，由RTK測量的高程計算出的相鄰高差受相鄰點間的距離影響較小，高差精度主要與四等水準測段長度有關(guān)。利用高差較差參照不同精度雙觀測值情況計算出高差較差單位（每公里）中誤差為1.9 厘米。計算證明，RTK高程測量能夠滿足城市測量規(guī)范CJJ 8-99對四等水準網(wǎng)的精度要求。結(jié)論 1. RTK測量技術(shù)能夠滿足城市測量中對一二級導(dǎo)線和四等水準測量的（技術(shù)）要求。由于RTK技術(shù)不同于常規(guī)的控制測量，不可能完全用常規(guī)控制測量的技術(shù)標準來衡量，尤其是在邊長較短的相鄰點表現(xiàn)比較明顯。RTK技術(shù)的測量誤差分布均勻、相互獨立，不存在誤差積累，精度可靠度較高。 2. RTK測量技術(shù)能夠?qū)崟r地提供測量成果，不需要像常規(guī)控制測量那樣分級布網(wǎng)，可以大大減少生產(chǎn)成本，減輕測量員的勞動強度，提高測量速度和企業(yè)效益。 3. 測量誤差與流動站至基準站的距離成正比，因此解求坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)時所采用的已知點應(yīng)分布均勻，覆蓋整個測區(qū)，水平、垂直殘差宜在3.5厘米以下（山區(qū)及重力異常地區(qū)另論）。基準站盡可能設(shè)置在符合觀測條件的已知點上，這對高程測量尤為重要。 4. 測