RTK技术结合传统导线进行城市地形控制测量

刘 沛

RTK技术近年来发展可谓突飞猛进,它在各种控制测量、地形测图、工程选线及工程放样中应用广泛,与常规仪器相比非常明显地提高了作业效率和作业精度。尤其是CORS站的建立,使得RTK的一次测量作业半径进一步放大。

RTK受卫星状况的限制,卫星高度角及电离层和对流层的影响对测量精度的限制是不可避免的。高楼及植被覆盖区域数据链传输受干扰和限制使得作业半径比标称距离小。RTK测量的椭球高与水准高的基准面的不平行给RTK高程测量带来误差。这些因素说明RTK并不是万能解决方案。在一般城市基础控制测量中,测量控制点不完全是为了满足某一次地形图测量,用途更大的往往是解决本区域的测量基准问题。因此,RTK技术与传统导线测量相结合则相得益彰,可以兼顾工作效力及测量要求两个方面。本人以项目负责人的身份曾完成中山市中心城区东部地区1∶500数字化地形图测量第二标及沿海测区第六标的测量工作。得到了原始数据并进行了分析比较,结合控制测量的方案及测量中遇到的问题进行了分析探讨。

1 控制测量方案拟定

中山市中心城区东部地区1∶500数字化地形图测量属中山市国土资源局基础测绘项目。地形图及控制测量要求满足一测多用的目的。测区面积约5.0 km2,以工业厂房为主,西北及西南分布两个居民房密集的村庄,东南分布一座小山丘。经讨论决定测区平面控制测量分三个步骤:一级导线、二级导线、图根导线及RTK测量。一、二级导线宜布设成直伸等边形状,导线相邻边边长之比不宜超过1∶3,其图形尽可能布设成结点网或单结点形式,当附合导线长度不足规定长度1/3时,导线全长的绝对闭合差不得超过±13 cm。利用GPS进行RTK测量图根控制部分,RTK测量的起算数据为测区布设的一、二级导线点或原有的GPS E级点。点位精度按CJJ 8-99城市测量规范要求进行。RTK起算点不少于5个,并应均匀分布在测区周围和测区中部,同时在测区周围和中部测定不少于5个检查点,并分析GPS点位精度和拟合残差。对视野开阔的主要道路布设一级导线点,其次布设二级导线,在一、二级导线网的基础上,加密图根控制点以方便地形图测量之用,图根控制测量分两部分:1)在村庄房屋密集区布设图根导线,进行常规图根导线测量;2)在比较空旷的地区进行RTK测量。

2 控制测量

测区周围共分布可作为导线起算数据的GPS E级点3对,共观测一级导线9.4 km,二级导线12.4 km。原计划大部分区域施测RTK控制测量,但实际测量时街巷内部的卫星信号太弱,难以锁定数据链。故临时决定布设图根导线,共施测图根导线4.38 km,GPS RTK测量166点。对于这一测量布局,经实际操作,收到了很好的效果。既保证了工期,也满足了测量要求,对后期的测图人员来说,就更加灵活了。

RTK可以直接测量图根点的坐标及高程,要求作业半径不应超过5 km,对同一点均应进行同一参考站或不同参考站的两次观测,其平面较差及高程较差不应大于0.1 mm及1/10的等高距。为了方便RTK测量结果与各级图根导线测量结果进行比较,RTK测量计划设两次参考站,第一站以原有的GPS E级点作为起算数据,第二站以一、二级导线测量成果作为起算数据。

当地坐标系:中山统一坐标系;

长轴半径和扁率:6 378 317.000,298.300 000 000;

中央子午线:113°22′00.000 0″E(dms);

东西向偏移:50 000.000 m;

南北向偏移:0.000 m;

中央子午线投影长度比:1.000 00;

投影面高程:0.000 m。

RTK测量进行平面及高程拟合,最大平面中误差为0.040 2 m,最大高程中误差为0.024 6 m。其坐标转换参数及残差见表1,表2。

表1 坐标转换参数

表2 残差 m

本次 RTK测量进行平面及高程拟合,最大平面中误差为0.040 2 m,最大高程中误差为0.024 6 m,满足《规范》要求。

一、二级导线及图根导线测量利用TOPCON GTS-702全站仪施测水平角采用方向法观测。一、二级导线边进行往返观测,往返各观测两测回,一条边共测距8次,取平均值作为边长值。测距时读气压,温度,气压读至100 Pa,温度读至0.5℃,读取的气压与温度直接输入仪器,仪器自动作边长改正。图根导线测量只进行单边测量,观测两测回,一条边共测距4次,取平均值作为边长值。测距时读气压,温度,气压读至 100 Pa,温度读至0.5℃,读取的气压与温度直接输入仪器,仪器自动作边长改正。

一、二级导线外业观测完毕后,对相关软件记录的电子手簿进行200%的检查,对检查后的角度及边长数据输入清华山维控制网平差软件进行经典平差。一级导线平差结果为:方向中误差为4.45″(允许差 ±5.0″),最大方向闭合差为 26.5″(允许差±33.2″),最大导线相对闭合差为1/27 730(允许1/14 000),最大导线全长绝对闭合差9.88 cm(允许±13 cm)。二级导线平差结果为:方向中误差为 4.61″(允许差 ±8.0″),最大方向闭合差为 -25.2″(允许差±45.2″),最大导线相对闭合差为1/19 275(允许1/10 000),最大导线全长绝对闭合差8.33 cm(允许±13 cm)。

图根导线平差结果为:方向中误差为14.2″,最大方向闭合差为 49.3″(允许差±2′33.2″),最大边长比例误差为 1/12 206(允许1/4 000),最大导线相对闭合差 2.73 cm(允许±13 cm)。

高程控制测量系在测区内组成四等水准网,图根水准系在四等水准基础上进行。

3 测量数据(部分)分析比较

表3 测量数据分析比较表一

表4 测量数据分析比较表二

经表3数据比较:最大ΔX=4.2 cm;最大ΔY=-4.1 cm;最大ΔH=-3.4 cm。经表 4数据比较:最大ΔX=2.0 cm;最大ΔY=2.7 cm;最大ΔH=1.3 cm。从表 3,表4可以看出,RTK平面及高程测量成果足以满足图根控制测量的要求。

4 综合分析比较

RTK测量速度快,投入的人力少,能够实时迅速地完成控制测量任务。这对以往工程测量中须等控制测量完成后才能进行地形图测量起到互补作用。甚至必要时在测量现场即可进行起算点拟合并提供测量成果。而在卫星信号比较差的街巷、树木覆盖区则可以有充足的时间布设传统导线测量。既保证了工程质量也保证了工期。就整个项目而言,有了RTK的利用,工作安排变得灵活多了。在测量过程中,位于东南侧一山丘控制点的布设方案则更能体现RTK的优越性。若布设图根导线,通视困难,测量难度较大,约需2 d～3 d时间完成。利用RTK测量则只用半天的工作量。相反,在村庄部分测量中,RTK初始化时间较长,测量精度难以保证,而测区特征地物点较多,施测图根导线则更有效果。

[1]刘基余,李征航,王跃虎,等.全球定位系统原理及应用[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1993.

[2]GB 50026-2007,工程测量规范[S].

[3]GB/T 18314-2001,全球定位系统GPS测量规范[S].