用南方RTK進(jìn)行圖根控制測(cè)量的應(yīng)用與體會(huì)

林東 程曉陽

摘要：本文根據(jù)南方RTK在某測(cè)區(qū)圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)踐，提出RTK圖根測(cè)量的方法和體會(huì)，分析了影響RTK圖根測(cè)量精度——特別是高程精度的各種因素，重點(diǎn)對(duì)測(cè)量中“飛點(diǎn)”的成因及控制方法作了介紹。最后提出兩個(gè)問題，并通過測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：RTK圖根測(cè)量校正點(diǎn)“飛點(diǎn)”

Abstract: in this paper, according to the area in a southern RTK figure root control to the measurement of the application practice, it puts forward the method to measure the root RTK diagram and the experience, analyzes the impact of RTK figure root measurement accuracy-especially the accuracy of the elevation of various factors, focusing on "fly point" in the measurement of the causes of formation and control methods are introduced. Finally put forward two problems, and through the measurement data was analyzed.

Keywords: RTK figure root measure calibration point "fly point"

中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 一. 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，測(cè)繪方法的改進(jìn)，RTK測(cè)量技術(shù)以其快捷、精準(zhǔn)的特點(diǎn)廣泛地被測(cè)量人員所采用，但是在測(cè)量中仍存在一些問題值得我們探討。RTK（Real-Time Kinematic）運(yùn)用的是載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分的方法。它的出現(xiàn)完全改變了傳統(tǒng)控制測(cè)量野外作業(yè)強(qiáng)度大、速度慢、作用距離短、點(diǎn)位必須通視等限制。然而RTK的測(cè)量技術(shù)還存在一定的局限性，比如遮擋、強(qiáng)磁場(chǎng)干擾、太陽黑子及超遠(yuǎn)距離等因素都對(duì)測(cè)量質(zhì)量有一定的影響，甚至無法測(cè)量。筆者近期使用南方RTK對(duì)某測(cè)區(qū)圖根控制進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量中遇到很多實(shí)際問題，通過這次圖根控制測(cè)量的生產(chǎn)實(shí)踐，提出RTK技術(shù)在應(yīng)用中遇到的問題及解決建議，供同行探討。

二. RTK圖根測(cè)量

1、初識(shí)南方RTK靈銳S82

南方靈銳S82主要包括基站、移動(dòng)站和發(fā)射電臺(tái)三部分。RTK工作條件是要有兩部分工作信號(hào)：一是衛(wèi)星信號(hào)，二是差分信號(hào)（通過無線電臺(tái)進(jìn)行發(fā)送和接收）。在這兩個(gè)信號(hào)同時(shí)具備的條件下才能解算出測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)，才能進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)這兩部分信號(hào)南方靈銳S82儀器設(shè)置了單點(diǎn)解、差分解、浮點(diǎn)解、固定解四種解算結(jié)果。單點(diǎn)解就是有衛(wèi)星信號(hào)，但是沒有差分信號(hào)的解算結(jié)果。差分解就是移動(dòng)站接收到了基準(zhǔn)站的差分信號(hào)但是沒有解算出一個(gè)具體參數(shù)情況下的解算結(jié)果（或者是衛(wèi)星條件沒有達(dá)到五顆的情況下所產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果）。浮點(diǎn)解就是移動(dòng)站接收到了基準(zhǔn)站的差分信號(hào)，并且有了衛(wèi)星信號(hào)條件在滿足5顆以上的浮動(dòng)解，達(dá)到這個(gè)狀態(tài)就是其整周模糊度沒有計(jì)算準(zhǔn)確的解算結(jié)果。固定解是測(cè)量點(diǎn)的正確解算結(jié)果，此情況下可以進(jìn)行測(cè)量采集，除多路徑效應(yīng)嚴(yán)重時(shí)外基本能達(dá)到儀器的標(biāo)稱精度要求。

2、求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)（多點(diǎn)校正）

測(cè)量前先對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行點(diǎn)校正(WGS84地心坐標(biāo)與地方坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換)，就是利用控制點(diǎn)的地方坐標(biāo)和WGS84坐標(biāo)求取測(cè)區(qū)“區(qū)域性”的轉(zhuǎn)換參數(shù)。參數(shù)獲取有兩種方式：一是使用已有的靜態(tài)GPS測(cè)量數(shù)據(jù)，將控制點(diǎn)的ＷＧＳ84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)輸入手簿直接求取轉(zhuǎn)換參數(shù)；二是在無WGS84坐標(biāo)成果的情況下，通過移動(dòng)站點(diǎn)上采集基準(zhǔn)站、校正點(diǎn)的ＷＧＳ84坐標(biāo)，再手工輸入其地方坐標(biāo)，以求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3、點(diǎn)位坐標(biāo)測(cè)量

轉(zhuǎn)換參數(shù)獲取之后，就可以進(jìn)行圖根點(diǎn)位坐標(biāo)測(cè)量。測(cè)量時(shí)應(yīng)經(jīng)常以其它已知控制點(diǎn)作為檢核，當(dāng)檢核精度滿足圖根控制測(cè)量精度要求（<5cm）時(shí)，方可開始正常作業(yè)。

點(diǎn)位測(cè)量時(shí)如何判斷觀測(cè)質(zhì)量是保證測(cè)量成果優(yōu)劣的關(guān)鍵所在?？梢灾苯硬榭从^測(cè)手簿上鎖定衛(wèi)星數(shù)量n、衛(wèi)星精度因子PDOP、水平精度因子HRMS、高程精度因子VRMS等參數(shù)，一般在無干擾的地方n≥5、PDOP≤3、HRMS≤0.015、VRMS≤0.020。有些地方存在一些干擾源，造成RTK測(cè)量質(zhì)量不正常，導(dǎo)致觀測(cè)成果出現(xiàn)較大誤差甚至有偽值現(xiàn)象。這種情況觀測(cè)時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，可從手簿上反映出收斂很慢，求得固定解一般需要幾十秒甚至幾十分鐘才能完成。這時(shí)手簿上顯示的收斂值可能不完全真實(shí)，有時(shí)測(cè)量誤差可能達(dá)到幾十厘米甚至幾米，就產(chǎn)生我們常說的“飛點(diǎn)”。當(dāng)出現(xiàn)此種情況時(shí)，要慎重對(duì)待采集的數(shù)據(jù)，最好重置整周模糊度重復(fù)采集數(shù)據(jù)以檢核觀測(cè)質(zhì)量，一般采取關(guān)機(jī)重開機(jī)或倒轉(zhuǎn)移動(dòng)站主機(jī)使大部分衛(wèi)星失鎖后重測(cè)，也可以在下次重設(shè)基站后重復(fù)采集數(shù)據(jù)來判定觀測(cè)質(zhì)量。

4、觀測(cè)成果整理

每次觀測(cè)完成后要及時(shí)下載觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，并比較重復(fù)觀測(cè)的兩組數(shù)據(jù)，剔除存在明顯粗差的點(diǎn)，以待后續(xù)返工重測(cè)。

三、RTK測(cè)量中“飛點(diǎn)”產(chǎn)生原因及對(duì)策

1、“飛點(diǎn)”產(chǎn)生原因

測(cè)量中發(fā)現(xiàn)有時(shí)很難求得固定解，有時(shí)求得了固定解但測(cè)量誤差很大，特別是高程表現(xiàn)最為突出，有時(shí)重復(fù)測(cè)量高程相差幾米，這就是典型的“飛點(diǎn)”。筆者通過本次測(cè)量發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生“飛點(diǎn)”主要有以下原因：①、測(cè)點(diǎn)離周圍遮蔽物太近，遮蔽角太大，導(dǎo)致鎖定衛(wèi)星數(shù)量少，衛(wèi)星信號(hào)差。②、基站架設(shè)位置不理想，導(dǎo)致移動(dòng)站接收的差分信號(hào)弱，只產(chǎn)生單點(diǎn)解。③、基站或測(cè)點(diǎn)附近有強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，如附近有電信、移動(dòng)塔架或高壓線等，導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生周跳，影響信號(hào)質(zhì)量。④、個(gè)別測(cè)點(diǎn)因高差較大或地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常而導(dǎo)致重力異常，也會(huì)出現(xiàn)“飛點(diǎn)”。

2、解決“飛點(diǎn)”的幾點(diǎn)對(duì)策

針對(duì)RTK測(cè)量中產(chǎn)生難以預(yù)見的“飛點(diǎn)”問題，筆者從實(shí)踐中總結(jié)出預(yù)防“飛點(diǎn)”產(chǎn)生的幾點(diǎn)對(duì)策：

①、圖根點(diǎn)選埋時(shí)要注意保持點(diǎn)位周圍視野開闊，遮蔽角盡可能小。

②、基準(zhǔn)站盡可能架高，以提高數(shù)據(jù)鏈的傳輸速度和距離，并避開強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾。

③、觀測(cè)時(shí)嚴(yán)密監(jiān)視手薄上固定解解算的時(shí)間、鎖定衛(wèi)星數(shù)量n、衛(wèi)星精度因子PDOP、水平精度因子HRMS和高程精度因子VRMS的數(shù)值。

④、同基站重復(fù)觀測(cè)。在基站位置不變的情況下，在同一時(shí)間段重置整周模糊度，再采集一次數(shù)據(jù)，或分不同時(shí)間段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。比較幾組觀測(cè)值，互相進(jìn)行校核。

⑤、多基站重復(fù)觀測(cè)。分別在不同地點(diǎn)架設(shè)基站，分不同時(shí)間段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，比較重復(fù)觀測(cè)值，剔除明顯存在粗差的觀測(cè)值。

⑥、多檢核高等級(jí)點(diǎn)，比較平面和高程值。一般要經(jīng)常校對(duì)一級(jí)點(diǎn)和四等水準(zhǔn)點(diǎn)，通過比較其平面和高程數(shù)值，判斷前測(cè)段觀測(cè)精度。

⑦、目測(cè)高差判斷法。在信號(hào)不太理想的地方，注意比較測(cè)點(diǎn)與相鄰條件好的已測(cè)點(diǎn)的高程值，通過目測(cè)點(diǎn)間實(shí)地高差判斷觀測(cè)高程之差是否合理。有時(shí)“飛點(diǎn)”高程會(huì)出現(xiàn)幾米的粗差，一般憑地形地貌判斷就能確定高程存在較大殘差，此法對(duì)于高程殘差較大的“飛點(diǎn)”點(diǎn)能作出很好的判斷。

四、RTK圖根測(cè)量中注意事項(xiàng)

為提高RTK圖根測(cè)量的精度，保證RTK測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性，筆者個(gè)人認(rèn)為作業(yè)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

1、基準(zhǔn)站和流動(dòng)站應(yīng)選擇在視野開闊，沒有山體、樓群之類的遮擋，而且衛(wèi)星高度角較大的地方，同時(shí)應(yīng)避開強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾。根據(jù)無線電傳播的規(guī)律，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站離地面還要有一定的高差。

2、工程作業(yè)前最好將儀器進(jìn)行一次總初始化，以確保儀器恢復(fù)出廠時(shí)的最佳工作狀態(tài)。并檢查天線類型、天線高等參數(shù)設(shè)置的正確性。

3、測(cè)量前注意檢查移動(dòng)站對(duì)中桿傾斜誤差，通過比較兩垂直方向的觀測(cè)值即可，傾斜誤差較大時(shí)必須對(duì)氣泡進(jìn)行校正。

4、測(cè)區(qū)第一次設(shè)置基準(zhǔn)站或每次重新設(shè)置基準(zhǔn)站后，為了檢驗(yàn)當(dāng)前站RTK作業(yè)的正確性，必須檢查一點(diǎn)以上的已知控制點(diǎn)，或已知任意地物點(diǎn)、地形點(diǎn)，當(dāng)檢核在設(shè)計(jì)限差要求范圍內(nèi)時(shí)，方可開始RTK測(cè)量。

5、測(cè)量時(shí)置信程度必須設(shè)置在99.9%，在固定解狀態(tài)且HRMS≤0.015、VRMS≤0.020時(shí)方可數(shù)據(jù)采集，并在同一時(shí)間段重置整周模糊度（最好使衛(wèi)星失鎖后重新鎖定），再采集一次數(shù)據(jù)以供檢核。對(duì)于沒有檢核條件的測(cè)量點(diǎn)，應(yīng)分不同時(shí)間段進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，以避免測(cè)錯(cuò)。

6、首次進(jìn)行參數(shù)校正時(shí)，參與校正的點(diǎn)應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)內(nèi)，覆蓋范圍盡可能大于測(cè)圖范圍，類似于我們常說的“長(zhǎng)邊測(cè)短邊”。參與高程擬合的已知點(diǎn)不少于6個(gè)，平面校正不少于3個(gè)。校正后注意觀測(cè)手薄中校正點(diǎn)平面和高程精度，滿足要求方可確認(rèn)使用。

7、為使校正參數(shù)的統(tǒng)一，保證整個(gè)測(cè)區(qū)圖根控制精度一致，建議進(jìn)行全測(cè)區(qū)整體校正，解算整個(gè)測(cè)區(qū)唯一的校正參數(shù)，后續(xù)各次測(cè)量均套用此校正參數(shù)。

8、保證點(diǎn)位獨(dú)立重復(fù)測(cè)量的頻率，以獲取較多的檢核條件，確保測(cè)量值的可靠性。

9、成片密集的居民區(qū)不宜采用RTK做圖根，建議仍采用傳統(tǒng)的全站儀圖根導(dǎo)線方法測(cè)取。

五、有待探討的問題

1、整體校正和分區(qū)校正

本測(cè)區(qū)圖根測(cè)量中對(duì)校正參數(shù)的解算我們先后采用了分區(qū)校正和整體校正的方法。分區(qū)校正就是分別選取測(cè)區(qū)中某一個(gè)區(qū)域，按前述要求取其區(qū)域內(nèi)一定數(shù)量的已知點(diǎn)進(jìn)行校正參數(shù)的解算，各分區(qū)求得其對(duì)應(yīng)的校正參數(shù)，在同一精度的一級(jí)靜態(tài)GPS控制下，理論上各分區(qū)校正參數(shù)除平移參數(shù)△X、△Y不同外，其他旋轉(zhuǎn)、縮放等參數(shù)應(yīng)該一致。整體校正就是整個(gè)測(cè)區(qū)按前述要求選取一定數(shù)量的已知點(diǎn)進(jìn)行校正參數(shù)的解算。對(duì)兩種方法測(cè)得的重合點(diǎn)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)分區(qū)校正法測(cè)得的各分區(qū)接邊重合測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位和高程有時(shí)出現(xiàn)超過5cm的較差，特別是高程超限的點(diǎn)比例較多。整體校正法測(cè)得的相同重合點(diǎn)與分區(qū)校正法測(cè)得的幾組點(diǎn)中某一組比較接近，在限差內(nèi)，說明分區(qū)校正時(shí)有些分區(qū)方法造成這些點(diǎn)測(cè)量精度較差。造成此種現(xiàn)象原因是多方面的，有可能是各分區(qū)基站位置不理想或分區(qū)校正參數(shù)有誤，其中高程影響較大可能是各分區(qū)高程擬合參數(shù)相差較大的緣故。筆者通過比較多組觀測(cè)值認(rèn)為，采用整體校正法能求得測(cè)區(qū)一致的校正參數(shù)（包括高程擬合參數(shù)），相對(duì)分區(qū)校正帶來的諸多不確定性影響因素要好，建議采用整體校正求取校正參數(shù)。

2、RTK圖根測(cè)量精度

在測(cè)區(qū)共選取了35個(gè)具有四等水準(zhǔn)的一級(jí)靜態(tài)GPS點(diǎn)進(jìn)行RTK測(cè)量，結(jié)果顯示：平面精度最大點(diǎn)位誤差為4.5cm，最小為0.1cm，能滿足圖根測(cè)量的精度要求；高程殘差最大為8.9cm，最小為0.1cm，平均為1.25cm，其中有4個(gè)點(diǎn)高程較差超限（>5cm），占11.4％。若以四等水準(zhǔn)為真值，其高程中誤差M＝±2.34cm。平面、高程精度統(tǒng)計(jì)如下圖：

從上述兩個(gè)問題的綜合分析可見，RTK圖根測(cè)量平面精度大都能滿足圖根測(cè)量的要求，但是其擬合高程精度往往不是太理想。由于GPS -TRK測(cè)得的是大地高Hkg，幾何水準(zhǔn)測(cè)得是正常高Hr，大地高與正常高間存在高程異常ξ（Hr＝Hkg-ξ）。GPS -RTK大地高到正常高的轉(zhuǎn)換就是要求得各點(diǎn)高程異常ξ的精確數(shù)值，也就是求解高程擬合參數(shù)，一般是采用多項(xiàng)式曲面擬合的方法求取ξ。而RTK校正點(diǎn)的選擇，包括校正點(diǎn)的精度、均勻分布程度及密度對(duì)整個(gè)測(cè)區(qū)擬合曲面精度影響很大，公共點(diǎn)數(shù)量足夠多，分布越均勻，則擬合曲面與似大地水準(zhǔn)面平行重合度就越高，高程擬合精度就越高，擬合高程就越接近正常高。由此可以看出，整體校正和分區(qū)校正對(duì)RTK圖根高程精度的影響與其校正點(diǎn)的選擇有很大關(guān)系，整體校正具有校正點(diǎn)分布廣、擬合曲面范圍大等優(yōu)勢(shì)，此時(shí)擬合曲面更接近似大地水準(zhǔn)面，所以高程擬合精度相對(duì)要高。對(duì)于RTK圖根測(cè)量高程精度整體不太理想，筆者認(rèn)為除了校正方法、校正點(diǎn)的選擇外，還與GPS信號(hào)的自身誤差，包括軌道誤差(星歷誤差)；GPS信號(hào)的傳輸誤差，包括太陽光壓，電離層延遲，對(duì)流層延遲，多路徑傳播和由它們影響或其他原因產(chǎn)生的周跳；GPS接收機(jī)的誤差，主要包括鐘誤差，通道間的偏差，鎖相環(huán)延遲，碼跟蹤環(huán)偏差，天線相位中心偏差等測(cè)量誤差綜合因素有關(guān)。如何最大限度地減少這些因素的影響，提高RTK高程測(cè)量的精度值仍得我們探討。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。