GPS RTK技术在二级控制测量中的应用

GPS RTK 技术在二级控制测量中的应用技术在二级控制测量中的应用 摘 要 本文分析了 GPS RTK 技术的基本工作原理 并通过生产项目实践介绍了 GPS RTK 技术在 二级控制测量中的应用 结论认为 GPS RTK 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 GPS RTK 技术 二级控制测量 1 引言引言 目前 GPS RTK 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 Real Time Kinematic 测量技术也日益成熟 逐步在二级控制 测量中得到应用 2 RTK 基本工作原理基本工作原理 RTK Real Time Kinematic 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 GPS RTK 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 01 2LB250 002 0 002 0 002 3LB51 0 0020 0040 008 4LB210 0020 001 0 009 5LB490 000 0 0020 001 6D021 0 0030 0040 001 7LB17 0 004 0 005 0 005 8LB500 0000 0000 003 9LB470 001 0 004 0 002 备注 水平残差和垂直残差限差均为 2cm RTK 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 010 2D0220 0120 002 0 002 3D021 0 0020 014 0 008 4D0270 0020 001 0 009 5LB270 001 0 0020 001 6LB50 0 0090 0040 001 7LB51 0 004 0 005 0 015 8LB520 0010 002 0 003 9LB590 001 0 004 0 012 备注 水平残差和垂直残差限差均为 2cm RTK 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 005 2I1130 0200 0210 0290 001 3I1180 0150 0040 0160 037 4I0460 0030 0030 0040 015 5I1090 0100 0060 0120 030 6I0470 0050 0100 0110 010 7I0500 0100 0100 0140 006 8I6390 0110 0080 0140 004 9I6410 0140 0200 0240 011 10I6430 0080 0200 0220 031 11I6440 0200 0090 0220 009 12I6450 0020 0010 0020 024 13I6030 0050 0060 0080 016 14I6060 0130 0100 0160 015 15I6160 0130 0050 0140 015 16I6170 0040 0160 0160 010 17I6360 0020 0180 0180 018 18I6460 0080 0140 0160 016 19I6500 0040 0020 0040 016 20I6540 0070 0110 0130 21I6570 0030 0210 0210 020 22I6590 0070 0160 0170 001 23I6600 0090 0190 0210 011 24I6610 0030 0170 0170 007 25I6620 0090 0110 0140 003 26I6630 0050 0010 0050 001 27I6660 0150 0060 0160 002 28I6670 0120 0000 0120 011 29I6710 0150 0140 0210 038 30I4230 0030 0020 0040 031 31I4240 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 GPS RTK 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