单基站RTK技术在像控测量中的精度分析

刘先洪蒋达高风磊

（1.河南豫西水利勘测设计咨询有限公司，河南 三门峡 472000；2.河南理工大学 测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454003；3.河南省测绘工程院，河南 郑州 450003；4. 鹤壁市国土资源局淇滨分局 河南 鹤壁 458030）

单基站RTK技术在像控测量中的精度分析

刘先洪1蒋达2、3高风磊4

（1.河南豫西水利勘测设计咨询有限公司，河南 三门峡 472000；2.河南理工大学 测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454003；3.河南省测绘工程院，河南 郑州 450003；4. 鹤壁市国土资源局淇滨分局 河南 鹤壁 458030）

像控测量是指在通过航空摄影获得测区的影像资料之后，在内业部门进行空中三角网加密工作（简称空三加密）之前，所进行的对像片上的特征控制点实地测量的一项外业工作，该项工作简称为像控测量。像控测量的目的主要是获取像片控制点的实地坐标，以满足内业进行空三加密的要求。由于要考虑到像片重叠度、地形图比例尺精度等因素的影响，所以像控测量通常采用GPS静态观测的方式进行，但当像控点较多的时候静态观测的方式会导致作业效率下降，因此在进行像控测量时人们常常会想到应用RTK技术。从常德市像控测量工作的实际出发，重点讨论使用单基站RTK技术进行像控测量时的作业方式以及精度控制等问题。

像控测量；RTK技术；像控点精度；误差分析

1 常德市航摄项目概述

常德市位于湖南省中部，东亚季风性湿润气候，气候温和，雨量充沛，雨热同期，四季分明。辖区内地势起伏较大，北部地区大部分为山地，植被茂密。常德市区外围多为农田，市区北部多为林地，区内交通较发达。

常德市航摄项目是典型的航摄法成图项目，具体工作是对湖南省常德市50km2的规划区域进行航空摄影、像控测量、空三加密、内业测图、外业调绘和地形图编辑，最终获取1∶1000比例尺地形图，并基于1∶1000地形图进行1∶2000、1∶5000、1∶20000和1∶50000不同比例尺线划图编绘。本文主要介绍常德市航摄项目中像控测量阶段的工作内容。

常德市航摄项目中像控点较多，分布较密，若使用静态测量方法会导致作业效率下降，于是我们考虑使用RTK进行像控测量工作。首先考虑的是使用CORS技术，但是由于受到仪器设备，当地CORS系统的实际条件等因素限制，我们不得不放弃此方案，转而考虑使用传统的单基站RTK测量技术。传统的RTK测量技术受到的限制较多，各项限制因素对测量结果影响都比较大，所以在使用此方法时要全面考虑各项限制因素带来的误差，并采取相应措施消除或减弱这些误差的影响。本文主要从精度方面分析使用单基站RTK测量技术进行像控测量能否达到精度要求。

2 像控点的精度要求

在进行像控测量工作之前，首先要了解像控点的精度要求，然后才能根据精度要求采取能够达到相应精度的测量方法。

根据《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形图 航空摄影测量外业规范》中关于像片控制点测量的一般规定[1]：（1）平面控制点和平高控制点对最近基础控制点的平面位置中误差不应超过地物点平面位置中误差的1/5；（2）高程控制点和平高控制点对最近基础控制点的高程中误差不应超过基本等高距的1/10；常德市航摄项目的成图比例尺为1∶1000，因此像控点的精度要求见表1。

表1 像控点平面位置中误差 单位：m

常德市以山地居多，因此像控点的平面中误差限差取0.15m，高程中误差限差取0.1m。

3 像控测量工作流程

3.1 像控点测量

3.1.1 基站点选取

在选取RTK基站点时要注意选择地势较为开阔，卫星信号和无线电信号通信良好的地点。注意不能选取如下条件的控制点作为基站点[2]：

具有强反射的地面，如平坦光滑地面、盐碱地带、金属矿区或邻近水面位置；

具有强反射的环境，如山谷中、大型建筑物附近等；

邻近电磁波强辐射源(在200m 以内)，如电台、雷达站、微波中继站等；

邻近高压输电线和微波无线电信号传送通道（在50m以内）。

由于是单基站作业，所以所测量的控制点的中误差随基线长度的增加而增大。此次常德市航摄项目像控测量使用的仪器为Topcon Hiper Ga型接收机，其水平标称精度：10mm+1ppm（乘以基线长）；高程标称精度：15mm+1ppm（乘以基线长）。为了将平面精度控制在0.15m，高程精度控制在0.1m之内，再考虑到无线电台的传输能力，因此必须控制基准站到流动站的距离在4km以内。这样由基线长度产生的观测误差可以控制在2cm以内。

3.1.2 坐标转换

本次像控测量工作中所使用的坐标转换方法是：选取测区四角的首级控制点，然后将4个已知点经过静态观测平差后的WGS84坐标与这4个点的地方坐标一一对应，通过Topcon RTK手簿中自带的TopSURV软件中的自动解算功能自动进行7参数解算，完成两套坐标间的转换，转换完成后平面残差一般在2cm以内。地方坐标转换界面如图1所示。

图1 地方坐标转换界面图

转换结果满足《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》（CH/T2009－2010）中RTK平面控制点测量平面坐标转换残差不应大于2cm的技术要求。

3.1.3 RTK测量像控点

在实地作业中，为保证RTK的测量精度，必须只接受固定解。并且采用“已知点-像控点-已知点”的作业方式，即在开始测量前，必须先到已知点上测量该点的实测坐标，当满足《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》（CH/T2009－2010）中：每次作业开始前或重新架设基准站后，均应进行至少一个同等级或高等级已知点的检核，平面坐标较差不应大于7cm的精度要求时，方可使用RTK对像控点进行测量[3]。

在实际测量工作中，为消除因对中杆晃动或因信号遮挡等原因造成的偶然误差，每个像控点需要测量3次，3次测量结果平面和高程的互差均控制在1cm以内，然后取3次测量坐标的平均值作为该点像控坐标的最终值。

当天的测量完毕后，流动站需要再到已知点上进行检查[4]。检查无误后方可导出手簿中的坐标。质检表如下：

表2 质检表 单位：m

3.2 误差分析与质量控制措施

本次像控测量工作中的误差主要来源于以下几个方面[5]：

3.2.1 由仪器精度引起的误差

常德市航摄项目像控测量选择使用Topcon Hiper Ga型接收机，仪器的标称精度如表3所示。

表3 仪器标称精度

当基线长度在4km以内时，由仪器精度引起的水平中误差最大值为1.4cm，高程中误差最大值为1.9cm。

3.2.2 坐标转换引起的误差

该项误差与转换模型、参与转换控制点的位置、坐标采集的准确程度有关。因此在坐标转换时要尽量选取测区四角的控制点，控制点的范围要能够覆盖整个测区；同时四角的控制点的WGS84坐标须是经平差后的坐标。经常德市航摄项目的实地检测，采取上述措施后，坐标转换的残差均在2cm以内。

3.2.3 人为误差

人为操作引起的误差主要有：由于对中杆未精确对中、天线高度量取不准确、控制点坐标输入错误等操作引起的误差。这些误差可以通过到“已知点-未知点-已知点”的作业方式和每个未知点进行3次测量取平均值的方法得到有效削弱。每个控制点测量3次取平均值的测量方式可以将人为误差控制在1cm以内。

综上所述，各项误差累计不超过0.1m，理论上采用RTK测量方法能够满足像控点的平面和高程精度要求，但要对所测量的数据结果进行检验后才能下最终结论。

4 数据精度检验

使用RTK所测量的像控点的精度能否满足要求，需要在接下来进行的空三加密工作中进行检验。

4.1 空三加密限差

《数字航空摄影测量 空中三角测量规范》（GB/ T23236—2009）中1∶1000成图比例尺的各项规定见表4[6]：

表4 基本定向点残差、检查点误差、公共点较差最大限值单位：m

4.2 空三加密成果表

将用RTK测量的常德市像控点坐标输入软件中进行空三加密，平差后输出报表如表5：

从表中可看出，地面定向点的误差均小于空三加密的限差要求，因此本次项目中使用单基站RTK技术测量的像控点精度能够满足本项目的空三加密要求。

表5 平差成果表 单位：m

5 结论

RTK技术以其方便快捷、灵活性强、精确度高而被广泛应用于大地测量和工程测量的各个领域。通过此次常德市像控测量工作，我们发现RTK技术在航控摄影测量领域同样适用，只要我们理解RTK技术的工作原理，掌握RTK测量工作中的误差来源，在实际工作中采取有效措施，使用RTK进行像控测量的精度完全在可控制范围内，使得我们能够更快更好地完成航测项目中的像控测量任务。

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫局,中国国家标准化管理委员会. 1∶500 1∶1000 1∶2000地形图航空摄影测量外业规范:GB/T7931-2008 [S] .北京:中国标准出版社,2008.

[2]石金峰,李新慧,杨培章.RTK技术及其在控制测量中的应用[J].辽宁工程技术大学学报,2004(6):737-739.

[3]国家测绘局.全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范:CH/ T2009－2010 [S] .北京:测绘出版社,2010.

[4]沈铭,王伟.GPS RTK技术误差分析及质量控制[J].资源环境与工程,2007,21(5):101-103.

[5]张弘,刘学.RTK定位测量的误差分析及提高精度的关键[J].城市勘测,2007(1):18-20.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫局,中国国家标准化管理委员会.数字航空摄影测量空中三角测量规范:GB/T 23236-2009 [S]. 北京:中国标准出版社,2009.

刘先洪（1985― ），男，汉族，本科，助理工程师，从事测绘工程工作。E-mail: 602818465@qq.com