RTK技术及其在地物补测中的应用研究

2012-08-15贾雅斐

科技视界 2012年30期

贾雅斐

（宁夏煤矿设计研究院有限责任公司宁夏银川 750011）

0 引言

RTK 与静态测量有着明显的区别，后者是用两台或两台以上GPS接收机同步观测，对观测值进行处理，可得到两测站间精密的WGS-84 基线向量，再经过平差、坐标传递、坐标转换等工作，最终得到测点的坐标。显然静态测量不具备实时性。RTK 定位技术则是实时动态测量，需要在两台GPS 接收机之间增加一套无线数字通讯系统（亦称数据链），将两相对独立的GPS 信号接收系统连成有机的整体。

1 RTK 坐标系转换参数的求解

1.1 求解转换参数

根据RTK 的原理，基准站和流动站直接采集的都为WGS-84 坐标，基准站一般以一个WGS-84 坐标作为起始值来发射，实时地计算点位误差并由电台发射出去，流动站同步接收WGS-84 坐标并通过电台来接收基准站的数据，条件满足后就可达到固定解，流动站就可实时得到高精度的相对于基准站的WGS-84 三维坐标，这样就保证了基准站与流动站之间的测量精度。如果要符合到已有的椭球坐标系点上，需要把WGS-84 坐标系统和现有坐标系统之间的转换参数求出来。

因此，想要流动站得到精确的国家或地方坐标和高程，一要，在基准站输入WGS-84 系坐标；二要，在流动站输入WGS-84 系与国家坐标系的转换参数。 WGS-84 系坐标由GPS 实地测量而得，WGS-84 系与国家坐标系的转换参数通常由三参数法和七参数法求解。三参数法是通过求解两不同坐标系中X、Y、Z 的平移量来实现坐标系的转换，在控制区内有一点就能实现。七参数法，通过求解两不同坐标系中的三个平移变量、三个旋转变量和一个比例参数，测区内有三点就能实现。对于测区面积小于80km×80km 的情况下，一般用三参数法，七参数法适用于测区面积约为80km×80km，但求解的旋转参数不得大于10〞。

三参数和七参数是不能同时使用的，两者只能选其一，七参数相对于四参数来说可以认为是更准确、精度更高，有条件的话尽量使用七参数。但在具体测量时根据实际需要和现有情况确定选择哪种参数。在进行RTK 作业时把参数输入到手簿中，并在已知点上进行检核，以确保其准确性。无论线路坐标系采用的是国家坐标系、城市坐标系或工程独立坐标系，该模型均适用。

1.2 点校正

（1）基准转换求解转换参数；

（2）对正常转换基准进行校正。

TGO 中选择“测量点校正”后便可进行点校正的相关工作，并把求得的转换参数应用于整个网中进行计算。

不仅在测量软件中能进行点校正，在手簿中也能点校正。 RTK 校正参数从原理上说参考站每次开机都需要重新校正，如果参考站架设在同一地点，且每次开机发射的WGS-84 坐标都已经通过设置来固定，那么校正参数就不需要再重新求解。Trimble Survey Controller 软件可以设置为参考站发射坐标固定，这种方法因局限于参考站每次只能架设在同一个点上，因此很少采用。所以每次开机校正一次是最常用的方法，这种方法参考站可以在已知点上，也可以在未知点上，但每次都需要一个已知点。如果参考站在已知点，那么流动站可以在任何地方输入参考站坐标来校正；参考站在未知点，流动站必需到已知点上输入流动站坐标进行校正。校正参数只是一个点的三维改正值，它默认了使用点所在的坐标系与WGS-84 坐标系北方向是一致的，但实际情况并非如此，随着距离的增大RTK 测量结果会和已知坐标系产生越来越大的偏移量，误差也会越大。如果是假定近似直角坐标就没有这种距离限制，因为通常假定的坐标北方向与WGS-84 方向是一致的。

以上是求参数的方法，在实际工作中，转换参数是一个很重要的问题，所以一定要正确求取，最好留一些点进行检查，以实时把握参数的精度。

2 控制点数据采集

GCP（地面控制点）是指该点在图像上的准确位置和该点在地面坐标系中的坐标是已知的（亦即航测中的像片控制点），它是卫星遥感影像几何纠正和地理定位的重要基准数据源。 GCP 的数量、分布和精度等因素将直接影响影像几何纠正的结果，所以选取足够的、高质量的GCP 对于遥感数据后续处理至关重要。 GCP 的数量取决于：

从《隐居》出版的那天起，舆论界便形成了一个根深蒂固的想法：我是别列多诺夫[40]或斯麦尔佳科夫。 Merci[谢谢]。[3]359

（1）影像校正采用的数学模型；

（2）GCP 采集方式或来源；

（3）研究区地形物理条件；

（4）影像类型和处理级别；

（5）成图精度要求；

（6）所采用的软件平台。

GCP 的类型有平高点、平面点、高程点、检查点、连接点。

由于非参数模型不能反映影像获取时的几何关系，也不能过滤GCP 误差，要比参数模型需要的GCP 数目多，才能达到降低输入几何模型误差的目的。如果想达到与影像分辨率统一量级的制图或定位精度，需要的实际GCP 数目是模型要求最少控制点数目的两倍。当用一阶3D 有理函数模型，采用数据自带的RPC 参数时，1-10 个GCP 就够了。当处理的影像多于一景时，每景影像都需要提供模型要求数量的GCP，目前有理函数模型也可以支持区域平差。由于非参数模型对GCP 的分布、数量非常敏感，因此GCP 的水平和垂直分布都要好。对于3D 参数模型，每景影像需要1-6 个GCP。当同时处理多景影像时，通过区域平差处理，使用连接点TP 可以减少对GCP 的需要。参数模型的置信度、一致性和稳健性比非参数模型要高，在生产环境下，一般不需要增加GCP 的数量。GCP 最好分布在影像的边缘避免平面外插，在不同的高程下，特别是最高点和最低点最好有GCP。当然，不像非参数模型对GCP 的水平和垂直均匀分布有严格的要求。

为了控制一景或几景影像，达到一定的精度，GCP 必须满足一定的位置和分布。通常，我们要求GCP 分布均匀，并且影像的四角附近均要有一个GCP，这样才能充分控制成图区域的精度，当地形高差较大时，GCP 的垂直分布也非常重要，在最高和最低点或其附近需要有GCP。对于单景影像，一般需要6 个控制点，每个角一个控制点，中心区分布两个控制点。对于涉及多景的区域，对于GCP 的要求不一样，主要考虑因素是区域范围和景的分布结构，需要具体情况具体对待。

GCP 应选择在摄影测量过程中可以精确到点的特征位置，所选特征与背景反差要大，最好是直角转弯处，这样GCP 定位相对容易。理想的GCP 可以是水泥人行道交叉处或水泥地的角，特别是与周围地物反差较大的点。主要的交叉路口，没有树、建筑和电线且分布在公共场地。期次，是与相邻道路相连的行车路，院子里的人行路和与柏油马路上的水泥排水沟，交叉的人行路或停车场的角。如果在乡村采集控制点，具有城市特征的地物一般很难找到，篱笆和小路的交叉口，如果角度近于直角便可用作控制点。 GCP 要位于近地平面，不受阴影和透视对GCP 位置测量的影响，在影像中必须是恒久地物，选定后详细描述以免类似特征混淆。

3 RTK 技术在地物补测中的应用

对于遥感影像上有云雾遮挡、新增地物以及地物变动的区域，为了保证调绘精度的可靠性，需要采用RTK 技术对无法直接调绘的区域进行测量，测量中在通视条件好的开阔区域架设基准站，流动站分别对变更地物逐一测量，全部测量完成后再将成果展绘到南方CASS中，展绘图像要求能与未变更的调绘图像完全套合。在测量过程中重点核实遥感影像图中新增建设用地，改动的耕地以及云雾遮挡的或其它因素导致的难以识别的地物，在遥感影像图中用两种颜色标明变化图斑的类型，红色图框表示已确认变化的图斑，蓝色图框表示可疑变化图斑。