單基站RTK技術在像控測量中的精度分析

劉先洪蔣達高風磊

（1.河南豫西水利勘測設計咨詢有限公司，河南 三門峽 472000；2.河南理工大學 測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454003；3.河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003；4. 鶴壁市國土資源局淇濱分局 河南 鶴壁 458030）

單基站RTK技術在像控測量中的精度分析

劉先洪1蔣達2、3高風磊4

（1.河南豫西水利勘測設計咨詢有限公司，河南 三門峽 472000；2.河南理工大學 測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454003；3.河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003；4. 鶴壁市國土資源局淇濱分局 河南 鶴壁 458030）

像控測量是指在通過航空攝影獲得測區(qū)的影像資料之后，在內(nèi)業(yè)部門進行空中三角網(wǎng)加密工作（簡稱空三加密）之前，所進行的對像片上的特征控制點實地測量的一項外業(yè)工作，該項工作簡稱為像控測量。像控測量的目的主要是獲取像片控制點的實地坐標，以滿足內(nèi)業(yè)進行空三加密的要求。由于要考慮到像片重疊度、地形圖比例尺精度等因素的影響，所以像控測量通常采用GPS靜態(tài)觀測的方式進行，但當像控點較多的時候靜態(tài)觀測的方式會導致作業(yè)效率下降，因此在進行像控測量時人們常常會想到應用RTK技術。從常德市像控測量工作的實際出發(fā)，重點討論使用單基站RTK技術進行像控測量時的作業(yè)方式以及精度控制等問題。

像控測量；RTK技術；像控點精度；誤差分析

1 常德市航攝項目概述

常德市位于湖南省中部，東亞季風性濕潤氣候，氣候溫和，雨量充沛，雨熱同期，四季分明。轄區(qū)內(nèi)地勢起伏較大，北部地區(qū)大部分為山地，植被茂密。常德市區(qū)外圍多為農(nóng)田，市區(qū)北部多為林地，區(qū)內(nèi)交通較發(fā)達。

常德市航攝項目是典型的航攝法成圖項目，具體工作是對湖南省常德市50km2的規(guī)劃區(qū)域進行航空攝影、像控測量、空三加密、內(nèi)業(yè)測圖、外業(yè)調(diào)繪和地形圖編輯，最終獲取1∶1000比例尺地形圖，并基于1∶1000地形圖進行1∶2000、1∶5000、1∶20000和1∶50000不同比例尺線劃圖編繪。本文主要介紹常德市航攝項目中像控測量階段的工作內(nèi)容。

常德市航攝項目中像控點較多，分布較密，若使用靜態(tài)測量方法會導致作業(yè)效率下降，于是我們考慮使用RTK進行像控測量工作。首先考慮的是使用CORS技術，但是由于受到儀器設備，當?shù)谻ORS系統(tǒng)的實際條件等因素限制，我們不得不放棄此方案，轉(zhuǎn)而考慮使用傳統(tǒng)的單基站RTK測量技術。傳統(tǒng)的RTK測量技術受到的限制較多，各項限制因素對測量結果影響都比較大，所以在使用此方法時要全面考慮各項限制因素帶來的誤差，并采取相應措施消除或減弱這些誤差的影響。本文主要從精度方面分析使用單基站RTK測量技術進行像控測量能否達到精度要求。

2 像控點的精度要求

在進行像控測量工作之前，首先要了解像控點的精度要求，然后才能根據(jù)精度要求采取能夠達到相應精度的測量方法。

根據(jù)《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖 航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》中關于像片控制點測量的一般規(guī)定[1]：（1）平面控制點和平高控制點對最近基礎控制點的平面位置中誤差不應超過地物點平面位置中誤差的1/5；（2）高程控制點和平高控制點對最近基礎控制點的高程中誤差不應超過基本等高距的1/10；常德市航攝項目的成圖比例尺為1∶1000，因此像控點的精度要求見表1。

表1 像控點平面位置中誤差 單位：m

常德市以山地居多，因此像控點的平面中誤差限差取0.15m，高程中誤差限差取0.1m。

3 像控測量工作流程

3.1 像控點測量

3.1.1 基站點選取

在選取RTK基站點時要注意選擇地勢較為開闊，衛(wèi)星信號和無線電信號通信良好的地點。注意不能選取如下條件的控制點作為基站點[2]：

具有強反射的地面，如平坦光滑地面、鹽堿地帶、金屬礦區(qū)或鄰近水面位置；

具有強反射的環(huán)境，如山谷中、大型建筑物附近等；

鄰近電磁波強輻射源(在200m 以內(nèi))，如電臺、雷達站、微波中繼站等；

鄰近高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道（在50m以內(nèi)）。

由于是單基站作業(yè)，所以所測量的控制點的中誤差隨基線長度的增加而增大。此次常德市航攝項目像控測量使用的儀器為Topcon Hiper Ga型接收機，其水平標稱精度：10mm+1ppm（乘以基線長）；高程標稱精度：15mm+1ppm（乘以基線長）。為了將平面精度控制在0.15m，高程精度控制在0.1m之內(nèi)，再考慮到無線電臺的傳輸能力，因此必須控制基準站到流動站的距離在4km以內(nèi)。這樣由基線長度產(chǎn)生的觀測誤差可以控制在2cm以內(nèi)。

3.1.2 坐標轉(zhuǎn)換

本次像控測量工作中所使用的坐標轉(zhuǎn)換方法是：選取測區(qū)四角的首級控制點，然后將4個已知點經(jīng)過靜態(tài)觀測平差后的WGS84坐標與這4個點的地方坐標一一對應，通過Topcon RTK手簿中自帶的TopSURV軟件中的自動解算功能自動進行7參數(shù)解算，完成兩套坐標間的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后平面殘差一般在2cm以內(nèi)。地方坐標轉(zhuǎn)換界面如圖1所示。

圖1 地方坐標轉(zhuǎn)換界面圖

轉(zhuǎn)換結果滿足《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術規(guī)范》（CH/T2009－2010）中RTK平面控制點測量平面坐標轉(zhuǎn)換殘差不應大于2cm的技術要求。

3.1.3 RTK測量像控點

在實地作業(yè)中，為保證RTK的測量精度，必須只接受固定解。并且采用“已知點-像控點-已知點”的作業(yè)方式，即在開始測量前，必須先到已知點上測量該點的實測坐標，當滿足《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術規(guī)范》（CH/T2009－2010）中：每次作業(yè)開始前或重新架設基準站后，均應進行至少一個同等級或高等級已知點的檢核，平面坐標較差不應大于7cm的精度要求時，方可使用RTK對像控點進行測量[3]。

在實際測量工作中，為消除因?qū)χ袟U晃動或因信號遮擋等原因造成的偶然誤差，每個像控點需要測量3次，3次測量結果平面和高程的互差均控制在1cm以內(nèi)，然后取3次測量坐標的平均值作為該點像控坐標的最終值。

當天的測量完畢后，流動站需要再到已知點上進行檢查[4]。檢查無誤后方可導出手簿中的坐標。質(zhì)檢表如下：

表2 質(zhì)檢表 單位：m

3.2 誤差分析與質(zhì)量控制措施

本次像控測量工作中的誤差主要來源于以下幾個方面[5]：

3.2.1 由儀器精度引起的誤差

常德市航攝項目像控測量選擇使用Topcon Hiper Ga型接收機，儀器的標稱精度如表3所示。

表3 儀器標稱精度

當基線長度在4km以內(nèi)時，由儀器精度引起的水平中誤差最大值為1.4cm，高程中誤差最大值為1.9cm。

3.2.2 坐標轉(zhuǎn)換引起的誤差

該項誤差與轉(zhuǎn)換模型、參與轉(zhuǎn)換控制點的位置、坐標采集的準確程度有關。因此在坐標轉(zhuǎn)換時要盡量選取測區(qū)四角的控制點，控制點的范圍要能夠覆蓋整個測區(qū)；同時四角的控制點的WGS84坐標須是經(jīng)平差后的坐標。經(jīng)常德市航攝項目的實地檢測，采取上述措施后，坐標轉(zhuǎn)換的殘差均在2cm以內(nèi)。

3.2.3 人為誤差

人為操作引起的誤差主要有：由于對中桿未精確對中、天線高度量取不準確、控制點坐標輸入錯誤等操作引起的誤差。這些誤差可以通過到“已知點-未知點-已知點”的作業(yè)方式和每個未知點進行3次測量取平均值的方法得到有效削弱。每個控制點測量3次取平均值的測量方式可以將人為誤差控制在1cm以內(nèi)。

綜上所述，各項誤差累計不超過0.1m，理論上采用RTK測量方法能夠滿足像控點的平面和高程精度要求，但要對所測量的數(shù)據(jù)結果進行檢驗后才能下最終結論。

4 數(shù)據(jù)精度檢驗

使用RTK所測量的像控點的精度能否滿足要求，需要在接下來進行的空三加密工作中進行檢驗。

4.1 空三加密限差

《數(shù)字航空攝影測量 空中三角測量規(guī)范》（GB/ T23236—2009）中1∶1000成圖比例尺的各項規(guī)定見表4[6]：

表4 基本定向點殘差、檢查點誤差、公共點較差最大限值單位：m

4.2 空三加密成果表

將用RTK測量的常德市像控點坐標輸入軟件中進行空三加密，平差后輸出報表如表5：

從表中可看出，地面定向點的誤差均小于空三加密的限差要求，因此本次項目中使用單基站RTK技術測量的像控點精度能夠滿足本項目的空三加密要求。

表5 平差成果表 單位：m

5 結論

RTK技術以其方便快捷、靈活性強、精確度高而被廣泛應用于大地測量和工程測量的各個領域。通過此次常德市像控測量工作，我們發(fā)現(xiàn)RTK技術在航控攝影測量領域同樣適用，只要我們理解RTK技術的工作原理，掌握RTK測量工作中的誤差來源，在實際工作中采取有效措施，使用RTK進行像控測量的精度完全在可控制范圍內(nèi)，使得我們能夠更快更好地完成航測項目中的像控測量任務。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫局,中國國家標準化管理委員會. 1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范:GB/T7931-2008 [S] .北京:中國標準出版社,2008.

[2]石金峰,李新慧,楊培章.RTK技術及其在控制測量中的應用[J].遼寧工程技術大學學報,2004(6):737-739.

[3]國家測繪局.全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術規(guī)范:CH/ T2009－2010 [S] .北京:測繪出版社,2010.

[4]沈銘,王偉.GPS RTK技術誤差分析及質(zhì)量控制[J].資源環(huán)境與工程,2007,21(5):101-103.

[5]張弘,劉學.RTK定位測量的誤差分析及提高精度的關鍵[J].城市勘測,2007(1):18-20.

[6]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫局,中國國家標準化管理委員會.數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范:GB/T 23236-2009 [S]. 北京:中國標準出版社,2009.

劉先洪（1985― ），男，漢族，本科，助理工程師，從事測繪工程工作。E-mail: 602818465@qq.com