GPSRTK技术在二级控制测量中的应用

GPSRTK技术在二级控制测量中的应用兰庆丰（广西第二测绘院广西柳州545006）【摘要】本文分析了GPSRTK技术的基本工作原理，并通过生产项目实践介绍了GPSRTK技术在二级控制测量中的应用。结论认为：GPSRTK测量作业效率高，定位精度高，在GPS观测条件良好的地区可以达到城市测绘工作中二级控制测量的精度要求。【关键词】GPSRTK技术二级控制测量1引言目前，GPSRTK技术已经广泛应用于进行图根控制测量、地形碎部测量等城市测绘工作，随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK（RealTimeKinematic）测量技术也日益成熟，逐步在二级控制测量中得到应用。2RTK基本工作原理RTK（RealTimeKinematic）实时动态测量技术，是以载波相位观测为根据的实时差分GPS（RTDGPS）技术，是利用两台或两台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基站，其它作为移动站。在RTK作业模式下，基站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站。移动站不仅通过数据链接收来自基站的数据，还要采集GPS观测数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标。基准站的安置是顺利进行RTK测量的关键，所以在选址时应避免选择在无线电干扰强烈的地区，为防止数据链丢失以及多路径效应的影响，周围应无GPS信号反射物（大面积水域、大型建筑物等）。3工程实例2009年我们单位在完成来宾市城郊1：500数字化地形测量中（面积约12平方公里），根据测区为丘陵地（平均高差15米左右）和作业大部分区域属甘蔗生产基地的基本情况，使用全站仪进行该测区的测量工作，不仅浪费人力、物力，效率低，工期也不允许。经过多方论证，确定测区二级控制测量、图根测量和地形碎部点测量在条件允许下，平面位置和高程可以采用GPSRTK方法施测，二级控制点间应有两个方向以上相互通视。GPS点的点位要求如下：周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15°；远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50m；附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物等）；地面基础稳定，易于点的保存；选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。进行RTK二级控制测量时先架设基准站，一般选择在测区内地势较高且较空旷的已知点（经过几何水准联测的高等级点）上进行架设，然后先设置好基准站的各项参数，卫星高度角（卫星截止高度角设置不小于9度）、采样间隔、数据链波特率、基准站点名及WGS84坐标等，基准站开始正常运行后设置移动站参数为：有效卫星数大于5，观测时间3秒，观测次数≥5次，采用有对中装置的对中杆或采用脚架加基座架方法进行测量，对中误差小于5mm，多次测量取均值。多次测量的数据，平面成果的点位较差应在±5cm内，高程较差应在±5cm内。观测成果直接记录在移动站手簿中。开始测量二级控制点前须进行多点校正。用以校正的点均是经过GPS静态测量和几何水准联测的高等级点。校正点数9个，且分布均匀，与待测区域地貌相关性强。点校正时，各点的点位残差小于2cm。正式观测前，利用周边已知点进行检核，各坐标分量较差均符合要求才开始测量。在测量过程中，如遇到高等级控制点一般也要进行检核，以保证RTK测量的可靠性。第一次的RTK基准站及移动站设置好后，以后再进行测量时只要基准站摆回第一次的点位，WGS84坐标用回原来的值，理论上移动站直接使用第一次的转换参数即可得到和第一次进行了点校正的测量结果一样的测量精度，而无须重新点校正，但为了保证控制点的精度，在后继每天的作业中，都相应的检测了一些测区范围内的已知控制点和重测了部分前面已测量过的RTK点，检测结果均在限差内才进行新的RTK测量。RTK作业期间，基准站不允许下列操作：关机又重新启动、自测试、改变仪器高度值与测站名、改变GPS天线位置、关闭文件或删除文件等。守护基站人员在作业期间不得擅自离开仪器，并应防止仪器受到震动和被移动，防止人和其他物体靠近天线、遮挡卫星信号。RTK控制测量应采用有对中装置的对中杆或采用脚架加基座架方法进行，测量必须在初始化完成后开始，基准站和流动站应同时接收到5颗以上相同的GPS卫星信号。4精度分析为了保证工程质量，我们把来宾测区分为两部分分别进行内业点校正。RTK施测二级控制点过程中用经过GPS静态测量和四等水准测量的高等级点作检查点。其一些精度统计如下：RTK控制点校正点位残差统计表1序号点名△X(m)△Y(m)△H(m)1LB240.001-0.0030.012LB250.0020.002-0.0023LB51-0.0020.0040.0084LB210.0020.0010.0095LB490.000-0.0020.0016D021-0.0030.0040.0017LB17-0.004-0.005-0.0058LB500.0000.0000.0039LB470.0010.004-0.002备注：水平残差和垂直残差限差均为2cmRTK控制点校正点位残差统计表2序号点名△X(m)△Y(m)△H(m)1LB580.012-0.0130.0102D0220.0120.002-0.0023D021-0.0020.014-0.0084D0270.0020.0010.0095LB270.001-0.0020.0016LB50-0.0090.0040.0017LB51-0.004-0.005-0.0158LB520.0010.002-0.0039LB590.0010.004-0.012备注：水平残差和垂直残差限差均为2cmRTK二级控制点与高等级检查点坐标比较结果表序号点名△X(m)△Y(m)平面点位较差（m）高程较差△H（m）1I1070.0010.0130.0130.0052I1130.0200.0210.0290.0013I1180.0150.0040.0160.0374I0460.0030.0030.0040.0155I1090.0100.0060.0120.0306I0470.0050.0100.0110.0107I0500.0100.0100.0140.0068I6390.0110.0080.0140.0049I6410.0140.0200.0240.01110I6430.0080.0200.0220.03111I6440.0200.0090.0220.00912I6450.0020.0010.0020.02413I6030.0050.0060.0080.01614I6060.0130.0100.0160.01515I6160.0130.0050.0140.01516I6170.0040.0160.0160.01017I6360.0020.0180.0180.01818I6460.0080.0140.0160.01619I6500.0040.0020.0040.01620I6540.0070.0110.013021I6570.0030.0210.0210.02022I6590.0070.0160.0170.00123I6600.0090.0190.0210.01124I6610.0030.0170.0170.00725I6620.0090.0110.0140.00326I6630.0050.0010.0050.00127I6660.0150.0060.0160.00228I6670.0120.0000.0120.01129I6710.0150.0140.0210.03830I4230.0030.0020.0040.03131I4240.0010.0020.0020.007根据项目《技术设计书》和《城市测量规范》（CJJ8-99）要求，各级（含图根）控制点的平面位置相对于起算点的点位中误差不得大于±5cm，二级控制点的高程中误差不得大于±3cm。以两倍中误差作为极限误差。从上表可看出，RTK二级控制点与高等级检查点（经过GPS静态测量和四等水准测量的一级控制点）坐标相比较，平面较差最大值为2.9cm，平面较差最小值为0.2cm，平面较差中误差为1.6cm；高程较差最大值为3.8cm，高程较差最小值为0cm，高程较差中误差为1.7cm，均符合项目《技术设计书》和《城市测量规范》（CJJ8-99）要求，说明此次RTK测量的精度是达到二级控制测量技术要求的。5结论1.在GPS观测条件良好的地区（例如在城镇和村庄外部，其视场内障碍物的高度角一般不超过15°和没有强烈干扰卫星信号接收的大型建筑物），GPSRTK测量技术测量误差分布均匀、相互独立，不存在误差积累，精度较高，能够满足城市测量中二级控制导线和等外水准测量的技术要求。同时RTK测量技术能够实时地提供测量成果，不需要像常规控制测量那样分级布网，可以大大提高测量速度和企业效益。2.由于RTK测量技术没有像常规控制测量那样进行平差，在测量过程中出现粗差时难以发现，而控制点成果要求100％可靠度，因此对RTK控制点要进行100％检核。在此次测量中，我们对二级控制点的检核工作一部分是在进行控制测量时进行，在每天的作业中，都相应的检测了一些测区范围内的已知控制点和重测了部分前面已测量过的RTK二级控制点，检测结果均在限差内（平面点位较差和高程较差均在±5cm内）才进行新的RTK测量。另外大部分控制点的检核工作是在进行数字化测图时进行，如果数字化测图使用RTK进行测量，遇到高等级控制点要进行检核并重测已测量过的RTK二级控制点，如果数字化测图使用全站仪进行测量，在定向和测图过程中遇到二级控制点要检查控制点间的水平夹角、高程或者坐标，发现问题时及时要求控制组返工重测，从而全面保证二级控制点的质量和可靠性。【参考文献】[1]徐绍铨等.GPS测量原理及应用.武汉，武汉测绘科技大学出版社：1998，10薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆