RTK技术代替图根导线控制测量的探讨＊

2012-08-29傅建春

全球定位系统 2012年6期

郭敏，傅建春

（河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作454003）

0 引言

RTK技术具有实时、定位精度高、操作简便等特点，被广泛地应用于地形图测绘、工程测量放样、碎部测量等领域。随着RTK技术的不断完善，RTK测量的初始化速度、成果精度及可靠性会越来越高，且不存在误差累积问题。采用导线测量方法进行图根控制，不仅费工费时，还要求点间通视、点分布均匀[1－5]。因此，RTK观测成果的精度及可靠性即RTK能不能代替全站仪导线测量，一直是测绘作业人员所关心的问题。为了将RTK更好地应用于图根控制测量，有必要对RTK代替导线测量的精度进行分析探讨。

1 试验分析

1.1 试验区简介

测区位于河南理工大学新校区，总体上地势较为平坦，建筑物平均高度较低，没有高大树木。在进行测量工作前，收集了测区相应的资料。采用的仪器为中海达RTK－V30，拓普康225全站仪。以K01－0602为已知导线边，做一个闭合导线（如图1所示），用全站仪、RTK分别测量并计算出其它各点的坐标。

1.2 作业依据及过程

图1 测区布点导线图

1.2.1 作业依据

试验区点间距离比较近，符合三级导线距离要求，导线规范参见《导线测量的主要技术要求》，该控制网是为了后续测图实习用（比例尺为1：1 000图）。RTK测量主要技术要求见《RTK平面控制点测量主要技术要求》和《RTK平面控制点测量主要技术要求》。根据以上作业依据，用RTK－V30、全站仪分别实施。

1.2.2 RTK的作业过程

1）建立新项目，定义坐标系统：新建一个项目，并在该项目里设置好坐标系统，其中包括椭球参数、投影参数等，如图2所示。

图2 项目设置参数

2）设置并启动基准站：将基准站架设在控制点K01上，该点位于春秋大道上路中间，上空开阔，没有强电磁干扰，多路径误差影响小。正确连接好各仪器，打开仪器，设置基准站各参数，其中卫星截止高度角为15°等。

3）设置移动站：设置接收机信息，包括选择内置电台或GPRS等，在天线高处修改天线高，其它参数包括通讯等与基准站一致。

4）求解转换参数：通常需要在流动站上实时显示国家坐标系或地方独立坐标系下的坐标，这需要进行坐标系之间的转换，求解转换参数。加入了3个点进行校正，这三个点分布均匀，避免投影变形过大，利于提高数据可靠性。如果在局域坐标系统中工作或任何坐标系统下进行测量和放样工作，可以直接采用点校正方式建立坐标转换方式，平面至少3个点；如果进行高程拟合则至少要有4个水准点参与点校正。

5）碎部测量：在主菜单上选择“测量”——“碎步测量”，对测量碎步点进行保存。对精度不高的点进行重测等。

1.2.3 全站仪测量成果

闭合导线图如图1所示，应用的已知点信息如表1所示。

表1 已知控制点坐标

根据提供的2个已知控制点和12个临时点，布设闭合导线（如图1所示）。使用拓普康GTS全站仪对导线进行2个测回测量，共计13条边。利用表1数据，得出各图根控制点的坐标如表2所示。

1.3 数据分析

1.3.1 RTK的测量成果和导线测量的对比

从四个已知控制点（三个已知点用来求解参数，一个用来检核）中选择位置较开阔且位于测区中央的点为基站，进行RTK观测，每一流动站均初始化观测2次，采样间隔为10s，每次观测20个历元，当观测平面坐标收敛精度小于2cm时，再进行记录，同时把观测精度记录在RTK外业观测手簿上。两次观测结果互差不能大于5cm，取两次观测成果的平均值作为最终平面成果，相当于一级图根等级，其测量成果如表3所示。

表2 全站仪测量成果

表3 RTK测量成果

将导线测量成果与RTK测量成果的数据成果对比，得到结果如表4所示，由表4的坐标差和高程差可以看出RTK完全可以代替相应的导线测量。

表4 导线和RTK成果的坐标差和高差

若不直接采用RTK观测，通常要先利用这2个已知控制点及部分临时点，用静态观测E级（相当导线一级）GPS点，再根据情况加密二级导线进行图根控制。这样逐级控制，精度当然有一定损失。若越级控制，四等点并非都两两通视，导线全长和边长就不能保证完全符合规程的要求。测量的精度最终反映在所提交地形图的精度上，而多级控制的目的就是要求所测绘的地形图满足规范的要求，因此，只要图根点精度满足要求即可满足需要[3－5]。

2 精度分析及相关措施

2.1 RTK的精度评定

2.1.1 RTK测量中的多组观测

传统测量中，在相同的观测条件下，对未知量进行多次重复的观测，并取多个观测值的算术平均值作为未知量的最或然值，但RTK测量中，历元之间的观测条件是不同的，并且无法给各历元的观测量的权，是否可以利用多历元取算术平均值的方法得到未知量的最或然值[6－9]？对此，对土木楼前的 0601控制点（X ＝3 895 500.928，Y ＝431 931.921，H＝95.059）点进行了观测试验分析，具体试验方法为：以10s作为观测采集单元，分别对该点作30组观测量，并记录下每个单元的3维坐标，分别以5，10，15，20，25，30为一组，代人下式：

分别求得点位差，进行分析，部分结果如表5所示。

表5 RTK观测数据实验结果

由此可见，在RTK测量中，对多个观测量取算术平均值精度几乎得不到提高，原因在于，依靠差分技术虽然消除和减弱了一部分GPS观测误差，但系统性误差仍在。此外，WGS－84大地坐标在向地方平面直角坐标转换的过程中，不可避免地会有转换模型误差以及原有控制点误差的引入，这部分误差也属系统性误差，不能通过取算术平均值的方法减弱。如果基准站和流动站某历元共视4颗以上卫星，就可以根据最小二乘法求解流动站该历元的3维坐标和3维坐标的中误差Mx，My，Mh.在RTK系统中，此结果可在控制终端进行实时的显示。若流动站在某一测点共观测了N个历元，N个历元的测点3维坐标算数平均值的中误差由式（1）计算。显然，由于系统误差的明显影响，此精度指标并不能代表实际的精度。

2.1.2 提高精度的措施

1）采用双频接收机，减少电离层残差，提高定位精度；2）减少多路径误差[7]，选点应视野开阔，避开大面积的水域、高大建筑物、强烈干扰信号的物体等；3）尽量应用高精度的点参与点校正，提高转换参数的精度。总之，应尽量削弱各种误差的影响。