浅析GPS-RTK小区域测量精度

浅析GPS-RTK小区域测量精度摘要：实时动态相对定位（RTK）作为当今重要的测绘手段之一，其在数据采集和施工放样方面得到普遍应用。RTK虽在水平精度方面得到认可，但垂直方面的精度却达不到要求，需要进一步的详尽研究。因此，本文研究了利用RTK在小区域内定点高程进行检测得到的结果，发现，RTK能够满足大比例尺的测图需求。关键词：GPS-RTK；小区域测量；精度前言目前，随着GPS定位技术的不断发展，尽管其在一般测量精度上能够代替常规测角、测距手段，但由于高精度（厘米级）大地水准模型尚未建立，所以，在厘米量级解出测量点的正常高还不能够实现。依赖于传统水准测量进行传递的区域高程测量系统，因为需要进行长距离传递，需要很大人力物力财力，效率低下，且累计误差大，所以，不管是在城市还是山区都很难实施，而且，还有可能带来水准标志的损坏。随着科学技术高速的发展，实现高程测量的现代化和实现利用GPS测量高程代替传统水准测量是大势所趋，进而可以完成二维平面定位到GPS三维立体定位的转变，满足各种实际工程项目的需要和提高效率。国内已经进行很多关于GPS静态定位高程的研究，虽然可以达到利用GPS测量替代低等级水准测量的效果，但是，由于这种方式，还需要在测量之后进行必须的椭球高到正常高的转变，所以该方法并不能十分的快捷高效。因此，本文主要从动态定位的角度来研究如何将RTK技术测量的大地高经过模型实时的转化为正常高，并结合具体实例对比研究在一个小区域的传统水准测量和实测数据的不同。1GPS-RTK高程理论分析1.1转换关系所谓大地水准面差距即大地水准面到地球椭球面之间的距离，记做N。由图1知道，正高gH与大地高H以及正常高rH和H分别有如下关系式：,grHHNHH其中，称为高程异常。由以上两式可知，若知道高程异常和大地水准面差距N，尽可以进行GPS-RTK高程转换。1.2GPS-RTK高程GPS-RTK高程的测量原理是通过差分处理卫星载波相位信号所得到的高程值，其是测量点到WGS84参考椭球面的发现距离H（大地高）。GPS能够提供精度710量级以上地面点的三维坐标值，其是基于参考椭球面的测量值，但又由于我们国家高程信息全部是基于似大地水准面的正常高rH（海拔高）。所以，实际使用时，大地高和正常高需要经过适当模型转换。利用GPS=RTK进行动态定位，其误差主要来自以下三个方面：1)卫星轨道误差；2)信号传播路径带来的误差，如电离层折射和电流层折射延迟带来的误差；3)由于测点位置和接收机位置而带来的误差，如多路径效应，仪器测量和天线偏移产生的误差。通过单基站GPS=RTK而实时得到定位点三维坐标其参考坐标系是基于WGS-84地心空间坐标系。实际使用的时候，需要做特定的坐标变换，将实测的三维坐标变换到当地坐标系或者国际坐标系下才可以。当然，由于各种上述误差可能导致在坐标变换的过程中致使所求坐标变换参数不精确，这也是存在正常高误差的主要原因。一般的，采用两种方法进行坐标变换，第一种方式是采用现场采集，即通过输入一些控制点已知坐标，和对这些控制点采集WGS-84坐标，最后利用点校正得到最佳转换参数。另一种方式是使用已知的静态数据，得到转换参数。GPS-RTK高程测量实例分析该论文所研究区域是北纬393110393410和东经1191110119140范围以内。选择天王星RTK9800接收机作为基准站和流动站，25W和静态定位精度是51mmppm电台；该小区域内已知有6个E级GPS点和30个待测点，已知其水准高程且其测量精度是四等。2.1测量方法在观测待定点之前，首先，设置机内精度。然后实际观察测量时，通过两个小区域内的已知的GPS点，和利用现场采集的方法，解出坐标系变换的参数。最后，利用坐标变换就可以实时得到每个站点的海拔高度H和平面坐标是x和y。2.2测量结果观测结果如表1所示。表1GPS-RTK高程统计表Db(cm)-5(-5,-4)(-4,-3)(-3,-2)(-2,-1)（-1,0）(0,1)(1,2)(2,3)(3,4)(4,5)总和点数2102878406135本分比5.72.805.722.920.122,911.4017.12.8100通过计算可得，均值和中误差分别为：35120.11(X)2.03cm1iiiXXcmXn2.3结果分析如表1中所示，可以看到传统的水准仪器所测的高程和GPS-RTK所测不符合主要是由于立测干不直、电离层和对流层折射、多路径效应、坐标变换模型的不准确、多路径效应等原因导致。由地形图测量规范可知，对于比例尺1:500的地形图规定其中的平原地区等高距为0.5m，高程的测量误差不应该大于基本等高距的1/10，所以，1:500比例尺地形图在平原地区地形测量时，高程的中误差不能大于5cm。由以上计算出的高差中误差可知，2.03cm5cm，因此，对于平时的地形测量，GPS-RTK是能够完全满足小区域地形测量高程的规范要求的，且具有非常明显的优点即测量点精度均匀和测量站点之间没有传递误差，证明了RTK技术在高程测量中具有精度好、效率高和成本低的明显优势。特别的是对于一些复杂地形、或者没有图根点的区域和视线受阻的地区等，如果使用GPS-RTK测绘可以比使用传统的常规仪器测绘更加的精确、高效和具有经济效益。3结论近些年来，随着科学技术和计算技术的不断发展，GPS技术不管是在硬件还是软件设计上都取得了很大的发展和进步。RTK技术已经越来越成熟，并被不断地应用到实际的工程项目实践中。因此，对于GPS-RTK定位技术在小区域的性能、特点和精度的研究都是必不可少和具有现实意义的；但又由于RTK技术作为多学科技术发展交叉而带来的新事物，是必然是要经过不断地发展才能更加的成熟，精度才能更高和更准确。伴随着基础工程建设的持续发展，如何保障实际测量的精度，进而提高测量效率是影响工程测量发展的重要问题。基于此，本文主要从动态定位的角度来研究如何将RTK技术测量的大地高经过模型实时的转化为正常高，并结合具体实例对比研究在一个小区域的传统水准测量和实测数据，证明了RTK技术在高程测量中具有精度好、效率高和成本低的明显优势。相信随着RTK技术的不断发展，其应用将会更为的广泛和普遍。参考文献[1]李征航，张小红等.《卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法》[M]，武汉大学出版社，2009年10月。[2]李建成，宁津生，姜卫平等.中国高分辨率高精度局部大地水准面的进展[R].2007[3]李建成我国现代高程测定关键技术若干问题的研究及进展[J].武汉大学学报(信息科学版).2007,32(11):980-987[4]杨华明.基于GPSRTK技术的工程测量应用探讨，[J].科技资讯,2010,(19):64,67[5]冯骥.浅析GPSRTK技术在工程测量中的应用分析[J].城市建设理论研究.2012,(14)[6]牛洪柳.GPS-RTK技术在工程测量中的应用研究[J].山西建筑,2012,38(3):222/223