ＲＴＫ在建城區(qū)圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用

郭　昕　武　娟　胡龍華　

摘要:文章以建筑工程項(xiàng)目為例,介紹了RTK在圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用。分析了利用RTK進(jìn)行圖根控制測(cè)量的優(yōu)點(diǎn),數(shù)據(jù)解算的方法以及對(duì)精度的檢查驗(yàn)證。RTK圖根控制測(cè)量自動(dòng)化程度高,定位精度高,數(shù)據(jù)安全可靠,操作簡單,作業(yè)速度快,勞動(dòng)強(qiáng)度低,非常適合大規(guī)模的數(shù)字化地形圖測(cè)量。

關(guān)鍵詞:RTK;圖根控制測(cè)量;基準(zhǔn)站;已知點(diǎn)檢核比較法;重測(cè)比較法

中圖分類號(hào):P228

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-2374(2009)18-0044-02

傳統(tǒng)的采用導(dǎo)線(網(wǎng))方法進(jìn)行圖根控制測(cè)量,不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)、要求點(diǎn)間通視,而且精度分布不均勻。采用常規(guī)的GPS靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)、偽動(dòng)態(tài)方法雖然精度高,但速度慢并且在外業(yè)測(cè)設(shè)過程中不能實(shí)時(shí)知道定位精度,一旦測(cè)設(shè)精度不合要求,還必須返測(cè)。利用RTK進(jìn)行控制測(cè)量不受天氣、地形、通視等條件的限制,操作簡便、隨機(jī)性強(qiáng);工作效率比傳統(tǒng)方法提高數(shù)倍,大大節(jié)省了人力;不僅能夠達(dá)到導(dǎo)線測(cè)量的精度要求,而且誤差分布均勻,不存在誤差累積問題。RTK進(jìn)行控制測(cè)量,能夠?qū)崟r(shí)確定定位精度,只要點(diǎn)位精度滿足要求,就可以停止觀測(cè),可以大大提高作業(yè)效率。

RTK(Real Time Kinematic)即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù),是以載波相位觀測(cè)為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS(RTKGPS)技術(shù)。它由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、流動(dòng)站接收機(jī)三部分組成。其工作原理是在已知高等級(jí)點(diǎn)上(基準(zhǔn)站)安置1臺(tái)接收機(jī)為參考站,對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè),并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)站信息,通過無線電傳輸設(shè)備,實(shí)時(shí)地發(fā)送給流動(dòng)站,流動(dòng)站GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí),通過無線接收設(shè)備,接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù),然后根據(jù)相對(duì)定位的原理,實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度。

一、工程概況

建縣城及周邊地勢(shì)平緩開闊,西北高、東南低,呈扇形自西北展向東南,海拔0-15米,屬平原地區(qū),氣候干燥、多風(fēng)。交通便利。測(cè)區(qū)位于東經(jīng):118°52′～118°58′,北緯:39°21′～39°27′之間。西至健康路,西南至坨港鐵路內(nèi)側(cè);東至汀會(huì)毛公路向南延至唐港高速公路內(nèi)側(cè)(取整圖幅);南至唐港高速公路內(nèi)側(cè);北至北外環(huán)外側(cè)并向東延至汀會(huì)毛公路。包含城區(qū)及前龐河、后龐河、麻坨、東高各莊、西高各莊、蘭坨、獨(dú)幽城、韓坨等村;主要道路為坨港鐵路、唐港高速、外環(huán)路、唐港路、平大路、青樂路等;另有長河縱穿建縣城。總面積44平方公里。其中實(shí)測(cè)22.2平方公里、修測(cè)21.8平方公里。東西最寬處為6.6公里、南北最長處為8.9公里。測(cè)區(qū)邊界示意圖如圖1所示:

二、RTK測(cè)量方案

(一) RTK測(cè)量技術(shù)要求

RTK測(cè)量技術(shù)要求見表1～3:

(二) 圖根控制點(diǎn)位標(biāo)石埋設(shè)

圖根控制點(diǎn)埋設(shè)永久性的標(biāo)石或鋼釘或木樁,埋設(shè)牢固。點(diǎn)位埋設(shè)完畢后,保證其有足夠的穩(wěn)定期,待點(diǎn)位穩(wěn)定后進(jìn)行下一步外業(yè)觀測(cè)。

控制點(diǎn)統(tǒng)一編號(hào):R***,示例說明見圖2,用紅油漆書寫。

(三)收集測(cè)區(qū)已有控制成果

開始測(cè)試前,收集能夠完全覆蓋且分布均勻的測(cè)區(qū)內(nèi)12個(gè)D、E級(jí)控制點(diǎn)(LT40、LT41、LT47、LT53、LT55、LT57、LT59 、LT62 、LT64 、LT67 、LT70 、LT71)作為圖根控制測(cè)量的校準(zhǔn)和起算點(diǎn)。

(四)求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)

對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行RTK測(cè)量,要求實(shí)時(shí)得出待測(cè)點(diǎn)在建地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo),因此,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題就顯得尤為重要。實(shí)際工作中需要將GPS觀測(cè)的WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為建地方坐標(biāo)系。對(duì)于WGS84到國家平面坐標(biāo)(如北京54坐標(biāo))的轉(zhuǎn)換,可以采用高斯投影的方法,這時(shí)需要確定WGS84坐標(biāo)與國家平面坐標(biāo)(如北京54坐標(biāo))兩個(gè)大地測(cè)量基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)(三參數(shù)或七參數(shù)),需要定義三維空間直角坐標(biāo)軸的偏移量和(或)旋轉(zhuǎn)角度并確定尺度差。但通常情況下,對(duì)于一定區(qū)域內(nèi)的測(cè)量應(yīng)用,往往利用更高等級(jí)的控制點(diǎn)成果求取“區(qū)域性”的地方轉(zhuǎn)換參數(shù)。因此本測(cè)區(qū)采用上面提到的12個(gè)D、E級(jí)控制點(diǎn)的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。直接將控制點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)和建地方坐標(biāo)輸入手簿,利用隨機(jī)軟件求解WGS84坐標(biāo)系到建地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù),由于D、E級(jí)控制點(diǎn)平差解算后的精度較高,轉(zhuǎn)換后各點(diǎn)的殘差分量實(shí)際在1～2mm ,遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的5cm。

(五)基準(zhǔn)站的選擇及設(shè)置

RTK定位的數(shù)據(jù)處理過程是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的單基線處理過程,基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞、無線電的信號(hào)傳播質(zhì)量好壞對(duì)定位結(jié)果的影響很大,基準(zhǔn)站位置的有利選擇非常重要。RTK測(cè)量中,流動(dòng)站隨著基準(zhǔn)站距離增大,初始化時(shí)間增長,精度將會(huì)降低,所以流動(dòng)站與基準(zhǔn)站之間距離不能太大,一般不超過10km范圍。本測(cè)區(qū)南北向最長為8.9km。因此在測(cè)區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)設(shè)站均能保證上述要求。當(dāng)然考慮到基準(zhǔn)站上空無衛(wèi)星信號(hào)或大面積遮蓋的影響、RTK數(shù)據(jù)鏈通訊的無線電干擾以及提高基準(zhǔn)站無線架設(shè)高度和安全性等要求,我們?cè)谧鳂I(yè)過程中選擇點(diǎn)LT42、LT48、LT57、LT71作為基準(zhǔn)站。

(六)測(cè)量前的質(zhì)量檢查

為了保證RTK的實(shí)測(cè)精度和可靠性,進(jìn)行已知點(diǎn)的檢核,避免出現(xiàn)作業(yè)盲點(diǎn)。研究表明,RTK確定整周模糊度的可靠性最高為95%,RTK比靜態(tài)GPS還多出一些誤差因素如數(shù)據(jù)鏈傳輸誤差等。因此必須進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制。主要采用以下兩種方法:

1.已知點(diǎn)檢核比較法。用RTK測(cè)出已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核,發(fā)現(xiàn)問題即時(shí)采取措施進(jìn)行改正(見表4):

2.重測(cè)比較法。每次初始化成功后,先重測(cè)1~2個(gè)已測(cè)過的RTK點(diǎn)或高精度控制點(diǎn),確認(rèn)無誤后才進(jìn)行RTK測(cè)量。最可靠的是已知點(diǎn)檢核比較法,但控制點(diǎn)的數(shù)量總是有限的,所以沒有控制點(diǎn)的地方需要用重測(cè)比較法來檢驗(yàn)測(cè)量成果(見表5):

(七)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及精度分析

RTK測(cè)量數(shù)據(jù)處理相對(duì)于GPS靜態(tài)測(cè)量簡單,用TGO軟件處理接收機(jī)導(dǎo)入的測(cè)量數(shù)據(jù)(*.dc),直接可以將坐標(biāo)值輸出和打印,得到控制點(diǎn)成果。為檢驗(yàn)RTK控制點(diǎn)的實(shí)際精度,RTK測(cè)量結(jié)束后,用全站儀對(duì)相互通視的點(diǎn)比較,邊長間距中誤差為0.013米,高差(△H)最大較差為0.029米,最小為0.001米。結(jié)果表明所測(cè)點(diǎn)精度良好?？梢钥闯? RTK實(shí)測(cè)精度完全符合導(dǎo)線測(cè)量精度要求,而且誤差分布均勻,不存在誤差累積問題。實(shí)測(cè)的邊長、高差值與測(cè)量坐標(biāo)反算值比較(見表6):

三、結(jié)論

與傳統(tǒng)的導(dǎo)線測(cè)量比較,RTK圖根控制測(cè)量自動(dòng)化程度高,實(shí)時(shí)提供經(jīng)過檢驗(yàn)的成果資料,無需數(shù)據(jù)后處理。具有在不通視條件下遠(yuǎn)距離傳遞三維坐標(biāo)的優(yōu)勢(shì),并且不像傳統(tǒng)導(dǎo)線測(cè)量方法容易產(chǎn)生誤差累積,定位精度高,數(shù)據(jù)安全可靠。操作簡單,作業(yè)速度快,勞動(dòng)強(qiáng)度低,節(jié)省了人力、財(cái)力,提高了外業(yè)作業(yè)效率?？梢哉fRTK技術(shù)非常適合大規(guī)模的數(shù)字化地形圖測(cè)量。

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作者簡介:郭昕(1978-),男,河北中色測(cè)繪中心工程師,研究方向:工程測(cè)量、航測(cè)與遙感;武娟(1978-),女,河北中色測(cè)繪中心工程師,碩士,研究方向:3S技術(shù);胡龍華(1979-),男,河北中色測(cè)繪中心工程師,碩士,研究方向:3S技術(shù)。