电子论文-GPS RTK 在图根控制测量中高程精度的探讨

1、GPS RTK在图根控制测量中高程精度的探讨俞永军(浙江省水利水电勘测设计院,浙江杭州310002摘要:简要介绍了G PS、R TK高程拟合原理,结合拓普康G P S R TK在海宁洛塘河工程中的应用,重点对R TK高程技术在图根控制测量中高程精度因素进行了统计和分析,并提出了如何发现R TK高程粗差和粗差的剔除以及在R TK作业时必须注意的事项.关键词:高程拟合;高程精度;高程粗差中图分类号:P224文献标识码:B 文章编号:1008-536X(200802-0080-003On E l eva ti on Accuracy i n M app i ng Contro l M easuri

2、ng by GPS RTKY U Y ong-jun(Zh ejian g Inv es t ig a t ion a nd D es ign In s t itu te of W a ter C on se rv an cy a nd H y d ropow er,H ang zh ou310002,C h inaAb s tra c t:T h e e lev a tion fit t in g p rincip les o f G P S R TKis in troduced ba sed onthe app lica t ion o f TO PCO N G P S R TKin H

3、a in ing L uo-ta ng P ro j ect by a na ly z ing the R TK e lev a t ion a ccu ra cy fa cto rs in m app in g con trol m ea su r in g.A nd it a lso show s howto findthe RTKelev a t ion g ros s e rro rs a nd it s e li m ina t ion,a s w e ll a s the m a tte rs in v olv ed in th e R TK opera tion.K e y w

4、ord s:e leva t ion fitt ing;e lev a tion a ccu ra cy;e lev a t ion errors1工程概述海宁市位于浙江省北部,隶属嘉兴市.境内河塘纵横交错,系河网平原地区.洛塘河始于长安镇王家村附近的辛江塘,河流向东偏北方向至海宁市硖石镇汇入长山河,主河道长约26km,基本上横贯整个海宁市的北部.洛塘河也是海宁市境内主要排涝河道之一,由于洛塘河沿途经过有斜桥、斜桥镇、伊桥、硖石镇等村镇,河道狭窄,给通航、排涝、环保都带来很多问题,严重制约了海宁市的再度发展,所以海宁市的有关部门提出需要整治洛塘河.本次测量的主要任务有:测区河道的平面控制、高程

5、控制、老河道12000地形、分流改道段的11000地形等.由于测区为河网地带,汊港较多,施测时交通工具主要是船,沿河两岸城镇村落较多,而且较为隐蔽,所以有一定的难度.经过多方论证,宜布设五等G P S 网、四等水准作为首级控制,测图控制采用G P S R TK 技术测量.当前,G P S R TK测量技术对于平面控制来说收稿日期:2008-02-13作者简介:俞永军(1969-男,浙江嵊州人,工程师.从事水利水电工程测量.已得到广泛应用,并取得了显著的效益,但在高程测量方面存在一些不确定性.特别是水利水电工程对高程要比其他工程更加重要,人们期望着能够用G P S R TK 高程测量能代替传统的

6、水准(或电磁波测距三角高程测量;希望在平原、丘陵地区快速测定平面位置及高程,能满足图根控制的要求,提高工作效率和经济效益,故需对R TK高程的精度进行一定的分析研究.为了能判别RTK拟合高程的可行性,我们对RTK的图根控制点进行了五等水准测量.本次在测区图根控制测量中采用两台双频T opcon H ipe rG P S接收机实时动态测量模式进行.测图方式为全野外数字化测图,使用开思CA S S2002软件成图,地形图分幅50c m×50c m,等高距1m.2RTK高程拟合原理G P S RTK以其全天候、高精度、高效率、易操作等特点被广泛应用于控制测量、地形测量、施工放样等.如何利用

7、G P S高程测量代替常规的水准测量,获取高精度的水准高程,是目前G P S测量研究的一个热点.尤其在一些实际工作中,G P S高程测量不仅可以解决工程中一些实际问题,也为G PS技术在工程上的应用第20卷第2期浙江水利水电专科学校学报V ol.20N o.2 2008年6月J.Zh ejian g W a t.C on s&H yd r.C ollege J un.2008提供了广阔的发展空间.但由于G P S 测量的高程系统与水准高程系统存在着一定的差异(一般称其为高程异常或大地水准面差距,因此要将G P S 测量的高程精度转换为水准高程就必须精确获取该差异值.由于G P S 所测

8、得的高程是测站相对于W G S -84椭球面的大地高H ,而我国所采用的高程系统是相对于似大地水准面的正常高系统h ,见图1,它们之间的差值为高程异常,用用表示,它们之间的关系为:=H -h( 1图1 H -h -关系图三者中已知任何两个即可求得第三个.已知G P S 大地高若能精确求得该点的高程异常,就可以解算出该点精度较高水准高了.G P S 高程拟合就是通过一定的数学方法拟合出测区的高程异常面,内插出G PS 点的高程异常,从而精确求得该点的水准高.常用的拟合方法有直线拟合、二次曲面拟合以及多面函数拟合等等.当测区起伏不大,比较平坦时,对应的高程异常面一般可用平面或二次曲面拟合.但若某区

9、域的似大地水准面较复杂,可以采用二次曲面等较为简单的函数对移去后的曲面进行拟合,然后再将移去的EGM 96高恢复,可望得到较好的拟合结果1.3 R TK 技术测量图根控制点高程的可行性R TK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态技术.在R TK 作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站,流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集G P S 观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,用户输入相应的坐标转换和投影参数,可以实时得到精度达厘米级的定位结果.但用于图根高程控制测量还需要进一步研究,这基于两个原因,其一,G PS 方法获得的是大地高,而我国

10、使用的是正常高,即高程基准不统一;其二,相对平面点来讲,高程测量中不易发现粗差.由于R TK 技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术,定位时由于遮挡、磁场等原因的干扰,某些时候会导致不可信度的产生.如假值、粗差情况的发生,研究R TK 测值的高程精度状况还是十分必要的.3.1 测量实施本次测量拓普康公司生产的T op con H ipe r(R TK 双频G P S 1台主机电台加1台接收机、控制面板(终端、电台、接收机天线、无线电发射天线、12V 的电瓶、三角架、基座、对中杆、背包等.软件拓普科技发展有限公司研制的TO P SU RV 软件,用于G PS 数据采集及数据后处理2.基准站应选

11、在地势相对较高、视野开阔、交通方便且安全架设仪器的地方.为了保证G P S 网有较好的图形强度,作业前根据已知点分布的情况及整个测区情况对该网进行优化设计.以海宁洛塘河工程为例,我们用五等水准的方式测定了一些图根点的高程,然后利用G PS R TK 测定了图根点的高程,其数据统计结果见表1.表1 R TK 高程与五等水准高程测量成果比较点名R TK 高程五等水准高程较差点名R TK 高程五等水准高程较差P 13.9513.950 0.001P 234.0404.026 0.014P 23.7023.709-0.007P 243.5263.528-0.002P 32.5722.5630.009P

12、 253.7343.760-0.026P 42.5202.5150.005P 263.4203.4090.011P 52.6802.6700.010P 273.3683.389-0.021P 63.2323.2230.009P 283.3023.303-0.001P 72.4392.448-0.009P 293.5013.4890.012P 82.5652.571-0.006P 308.9018.8920.009P 92.4992.4860.013P 312.7002.6840.016P 102.4102.4040.006P 343.1263.130-0.004P 112.7102.7010.

13、009P 355.0024.9900.012P 124.4654.4620.003P 363.4103.411-0.001P 132.3682.369-0.001P 372.5672.568-0.001P 142.4882.491-0.003P 385.2025.2000.002P 153.0303.0200.010P 398.1658.1590.006P 163.3233.3150.008P 403.4013.404-0.003P 173.6403.6260.014P 412.3492.356-0.007P 183.5653.570-0.005P 423.3393.348-0.009P 19

14、3.7803.7630.017P 433.4883.493-0.005P 203.6503.6380.012P 443.4083.420-0.012P 213.5163.523-0.007P 452.9772.987-0.010P 224.1424.1040.038P 464.5644.5630.001第2期俞永军:G P S R TK 在图根控制测量中高程精度的探讨813.2高程精度统计与分析从以上统计数据可以看出,较差最大的为38m m,较差最小的为1m m,根据水利水电工程测量规范规定,最后一次加密的高程控制点(图根高程控制,对邻近基本高程控制点的高程中误差不得大于±h/10(

15、h 为测图等高距.结果表明,RTK高程用于测量测图等高距为1m的地形图图根高程控制精度是比较理想的,RTK测设的高程可以代替五等水准高程.4影响RTK高程精度的主要因素及注意事项4.1影响RTK高程精度的主要因素分同测站有关误差,同距离有关误差,足够多的观测卫星,要注意合理设置基准站,限制作业半径,远离电磁干扰源和大面积信号反射源.4.2G P S R TK高程采用必须注意以下问题(1G P S R TK测定的点必须是固定解的状态下才能采用.(2G P S R TK仪器的选用要选择精度不低于基线精度5m m+1ppm、高程精度10m m+2p pm,性能较为稳定且受外界环境因素影响小的G P

16、S R TK.(3基准站及流动站的天线高要十分精确地量取,这是影响R TK高程精度的一个十分重要的因素.(4必须保证用来求转换参数的已知点具有准确的坐标成果,而且必须注意这些已知点要平均分布整个测区,必须保证3个已知点以上,已知点越多精度越高.(5作业半径控制在5km内.(6通常RTK观测的采样间隔为1s,每次测量的历元数不小于10个.单次观测的平面收敛精度应小于2c m,高程收敛精度应小于3c m.(7R TK测点应选在开阔处,避开高压线及大功率发射台、树林、民房等.(8R TK作业过程中,有效卫星个数应不少于5个,点位几何图形因子(PD O P值应不大于6.(9每次移动基准站需到已知控制点

17、上进行检测,一是为了确认基准站和流动站的输入项和设置都正确无误,二是为了检验已知控制点间的兼容性,三是为了方便图根控制的精度评定.在满足上述条件的情况下,RTK高程精度能接近±2c m.说明G P S RTK高程在大部分平原丘陵地区可以满足地形测量的要求.5RTK高程粗差及粗差的发现与剔除R TK在作业时选择点位应该满足G P S观测要求,根据星历预报结果安排观测时间,通常要求G DO P值小于4.在GD O P值较大时,较容易出现粗差,由于R TK 作业成果的可靠性只有95%99%,所以在R TK作业过程中不可避免地存在着粗差,且在观测过程中不能做出准确的判断,那么观测结果中粗差的剔除只能在事后进行,也只有通过事后剔除的方法来提高R TK作业的可靠性.方法主要是采用一定的多余观测值来检查,当然多余观测值的数量不宜太多,否则会影响RTK 作业的效率,失去RTK作业的意义.一般的粗差剔除方法有:(1多次初始化观测,比较各次观测值剔除粗差.(2用RTK点作为图根控制施测地形图时,相邻点间用全站仪校核以检查是否存在粗差,从而保证