RTK技术在常规控制测量中的应用分析.doc

RTK技术在常规控制测量中的应用分析 蔡晓平文字大小：【大】【中】【小】 GPS RTK（Real Time Kinematic）技术又称载波相位动态实时差分技术，它能够实时地提供测量点在指定坐标系中的三维坐标（x,y,z），并能够达到厘米级的精度。RTK技术的出现可以说是测量技术史上的一场革命，由于其在野外作业时能够实时提供测量点的三维坐标，具备灵活、快速、省时、省力及精度高等优点，能极大地提高工作效率，深受众多测量单位的欢迎。 本文想通过近几年来在多个测量项目中的应用、实验，并和全站仪、经纬仪等传统测量仪器比较，来探讨RTK技术在控制测量中的应用，以达到推广应用RTK技术的目的。1. 作业原理 GPS RTK技术系统用户主要包括三个部分：基准站、流动站和数据链。其作业原理是：基准站接收机架设在已知或未知坐标的参考点上，连续接收所有可视GPS卫星信号，基准站将测站点坐标、伪距观测值、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态等通过无线数据链发送给流动站，流动站先进行初始化，完成整周未知数的搜索求解后，进入动态作业。流动站在接收来自基准站的数据时，同步观测采集GPS卫星载波相位数据，通过系统内差分处理求解载波相位整周模糊度，根据基准站和流动站的相关性，得出流动站的平面坐标x,y和高程h。2. 作业时需注意的问题 求解平面转换参数，至少要联测三个已知平面坐标点，求解高程转换参数则需要联测四个已知高程点，联测的所有已知点应分布均匀，且能覆盖整个测区。为了提高WGS-84坐标系与当地坐标系数学模型的拟合程度，进而提高待测点的精度，通常要联测尽可能多的已知点。转换参数的求得通常有两种方法：一是充分利用已有的GPS控制网资料，将多个已知点的WGS-84坐标与相应的当地坐标输入电子手簿中，利用内置软件，经平差解算出转换参数；二是将基准站架设在已知点或未知点上，流动站依次测量各已知点的WGS-84坐标，再将各已知点所对应的当地坐标系的平面坐标和高程输入手簿中进行点校正，剔除校正残差比较大的已知点，从而解算出两坐标系之间的转换参数。 在作业时，基准站一般要选择在周围没有遮挡的开阔地方，以使基准站能够接收到尽可能多的GPS卫星信号；考虑到电磁波干扰及湖面、水面及建筑物等带来的多路径效应，基准站要远离无线电发射源、高压线及水面；为了增大基准站无线电有效的发射距离，要尽可能把基准站选在地势较高的地方，并架设稳定牢固，观测期间不能有轻微晃动，以免影响测量精度。3. 应用分析 3.1 RTK平面测量 3.1.1 上海外高桥保税区物流区二期工程地形RTK测量 在上海外高桥保税区物流区二期工程前期2.8 平方公里 1500地形测量中，采用RTK技术来代替常规一级导线测量。本次基准站设置在测区中部的测量控制点上，周围环境符合基准站的架设条件，与已知点的距离在3.04.0千米之间。联测三个C级、四个D级GPS点(三等水准点)，解算出两坐标系之间的转换参数，水平残差最大为2.1厘米，垂直残差最大为0.7厘米。为了提高待测点的观测精度，将GPS天线用对中器对中已知点，观测时间大于60秒，采用不同的时间段进行两次观测取平均值；机内精度指标预设为点位中误差1.5 厘米，高程中误差2.0 厘米；观测中，取平面和高程中误差均小于1.0 厘米时进行记录。 通过比较相同点两次RTK观测值坐标，可以看出，相同点两次RTK观测值坐标较差最大值为2.4厘米，最小值为0.1厘米。考虑到两次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度双观测值的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。从误差可以看出，RTK技术能满足城市测量规范CJJ 8-99中最弱点的点位中误差（相对于起算点）不大于5 厘米的要求。 3.1.2 上海西北角某工业园区RTK测量 在上海西北角某工业园区1500地形图测量工程中，因带状地形较长且靠近郊区，附近可用的GPS控制点很少，如果采用常规控制测量方法无法满足甲方对工期的要求，故使用RTK技术进行了控制加密。本次测量分别取D级GPS点G407、G408为基准站，进行了两次测量，并对相同RTK点的两个观测坐标进行了比较，其中坐标较差值最大为3.0 厘米，最小为0.2 厘米，坐标较差值的中误差为2.4 厘米。 随后我们使用2级全站仪对部分RTK控制点进行了角度和边长（按照二级导线精度）的检测，并对检测结果进行了统计。RTK观测值与全站仪观测值反算夹角和边长比较，夹角差值中误差为5.4，边长差值中误差为4.2 毫米米。边长差值最大为+6 毫米米，边长差值相对误差最大为1/57712，以上均满足城市测量规范CJJ 8-99中对二级导线的要求。 3.2 RTK高程测量 在上海某高尔夫球场土方量计算控制测量项目中，我们采用常规手段对RTK控制点进行了四等水准测量。平差后，每公里高差中误差为4.2 毫米，最弱点高程中误差为6.5毫米。同时我们也利用RTK技术对相同点进行了高程测量,并对上述两种技术所测成果进行了比较。 四等水准测量与RTK高程观测值比较，高程较差最大为-3.6 厘米，最小为-0.1 厘米，高程较差中误差为2.4 厘米。 如果四等水准网高程中误差取2.0 厘米，RTK高程测量的中误差采用其预设精度2.0 厘米，则利用误差传播定律可以得到高程较差理论中误差为2.8 厘米，高程较差允许限差为5.6 厘米。可见求得的高程较差中误差小于高程较差理论中误差。 为了进一步验证RTK点高程的精度，抽取部分测点分别用RTK高程和四等水准高程反算出相邻两点间高差，并作了对比。 RTK 观测高差与四等水准观测高差的比较，高差较差平均值为-0.97 厘米。根据实际经验，由RTK测量的高程计算出的相邻高差受相邻点间的距离影响较小，高差精度主要与四等水准测段长度有关。利用高差较差参照不同精度双观测值情况计算出高差较差单位（每公里）中误差为1.9 厘米。计算证明，RTK高程测量能够满足城市测量规范CJJ 8-99对四等水准网的精度要求。结论 1. RTK测量技术能够满足城市测量中对一二级导线和四等水准测量的（技术）要求。由于RTK技术不同于常规的控制测量，不可能完全用常规控制测量的技术标准来衡量，尤其是在边长较短的相邻点表现比较明显。RTK技术的测量误差分布均匀、相互独立，不存在误差积累，精度可靠度较高。 2. 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，可以大大减少生产成本，减轻测量员的劳动强度，提高测量速度和企业效益。 3. 测量误差与流动站至基准站的距离成正比，因此解求坐标转换参数时所采用的已知点应分布均匀，覆盖整个测区，水平、垂直残差宜在3.5厘米以下（山区及重力异常地区另论）。基准站尽可能设置在符合观测条件的已知点上，这对高程测量尤为重要。 4. 测量过程中，尽可能地检测一定数量的测