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GPS RTK技术在二级控制测量中的应用


GPS RTK 技术在二级控制测量中的应用

【摘

要】 本文分析了 GPS RTK 技术的基本工作原理,并通过生产项目实践介绍了 GPS RTK 技术在二

级控制测量中的应用。结论认为:GPS RTK 测量作业效率高,定位精度高,在 GPS 观测条件良好的地区 可以达到城市测绘工作中二级控制测量的精度要求。 【关键

词】 GPS RTK 技术 二级控制测量

1 引言 目前,GPS RTK 技术已经广泛应用于进行图根控制测量、地形碎部测量等城市测绘工作, 随着全球 定位系统(GPS)技术的快速发展,RTK(Real Time Kinematic)测量技术也日益成熟,逐步在二级控制测 量中得到应用。 2 RTK 基本工作原理 RTK (Real Time Kinematic) 实时动态测量技术, 是以载波相位观测为根据的实时差分 GPS (RTDGPS) 技术,是利用两台或两台以上 GPS 接收机同时接收卫星信号,其中一台安置在已知坐标点上作为基站,其 它作为移动站。在 RTK 作业模式下,基站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站。移动 站不仅通过数据链接收来自基站的数据,还要采集 GPS 观测数据,然后根据相对定位的原理,实时解算出 流动站的三维坐标。基准站的安置是顺利进行 RTK 测量的关键,所以在选址时应避免选择在无线电干扰强 烈的地区,为防止数据链丢失以及多路径效应的影响,周围应无 GPS 信号反射物(大面积水域、大型建筑 物等)。 3 工程实例 2009 年我们单位在完成来宾市城郊 1:500 数字化地形测量中(面积约 12 平方公里),根据测区为丘 陵地(平均高差 15 米左右)和作业大部分区域属甘蔗生产基地的基本情况,使用全站仪进行该测区的测量

工作,不仅浪费人力、物力,效率低,工期也不允许。经过多方论证,确定测区二级控制测量、图根测量 和地形碎部点测量在条件允许下, 平面位置和高程可以采用 GPS RTK 方法施测, 二级控制点间应有两个方 向以上相互通视。 GPS 点的点位要求如下:周围应便于安置接收设备和操作,视野开阔,视场内障碍物的高度角不宜超 过 15°;远离大功率无线电发射源(如电视台、电台、微波站等),其距离不小于 200m;远离高压输电线 和微波无线电信号传送通道,其距离不得小于 50m;附近不应有强烈反射卫星信号的物件(如大型建筑物 等);地面基础稳定,易于点的保存;选站时应尽可能使测站附近的小环境(地形、地貌、植被等)与周 围的大环境保持一致,以减少气象元素的代表性误差。 进行 RTK 二级控制测量时先架设基准站,一般选择在测区内地势较高且较空旷的已知点(经过几何水 准联测的高等级点)上进行架设,然后先设置好基准站的各项参数,卫星高度角(卫星截止高度角设置不 小于 9 度)、采样间隔、数据链波特率、基准站点名及 WGS84 坐标等,基准站开始正常运行后设置移动 站参数为:有效卫星数大于 5,观测时间 3 秒,观测次数≥5 次,采用有对中装置的对中杆或采用脚架加基 座架方法进行测量, 对中误差小于 5mm, 多次测量取均值。 多次测量的数据, 平面成果的点位较差应在±5cm 内,高程较差应在±5cm 内。观测成果直接记录在移动站手簿中。 开始测量二级控制点前须进行多点校正。用以校正的点均是经过 GPS 静态测量和几何水准联测的高等 级点。校正点数 9 个,且分布均匀,与待测区域地貌相关性强。点校正时,各点的点位残差小于 2cm。正 式观测前,利用周边已知点进行检核,各坐标分量较差均符合要求才开始测量。在测量过程中,如遇到高 等级控制点一般也要进行检核,以保证 RTK 测量的可靠性。 第一次的 RTK 基准站及移动站设置好后,以后再进行测量时只要基准站摆回第一次的点位,WGS84 坐标用回原来的值,理论上移动站直接使用第一次的转换参数即可得到和第一次进行了点校正的测量结果 一样的测量精度,而无须重新点校正,但为了保证控制点的精度,在后继每天的作业中,都相应的检测了 一些测区范围内的已知控制点和重测了部分前面已测量过的 RTK 点, 检测结果均在限差内才进行新的 RTK

测量。 RTK 作业期间,基准站不允许下列操作:关机又重新启动、自测试、改变仪器高度值与测站名、改变 GPS 天线位置、关闭文件或删除文件等。守护基站人员在作业期间不得擅自离开仪器,并应防止仪器受到 震动和被移动,防止人和其他物体靠近天线、遮挡卫星信号。 RTK 控制测量应采用有对中装置的对中杆或采用脚架加基座架方法进行,测量必须在初始化完成后开 始,基准站和流动站应同时接收到 5 颗以上相同的 GPS 卫星信号。 4 精度分析 为了保证工程质量,我们把来宾测区分为两部分分别进行内业点校正。RTK 施测二级控制点过程中用 经过 GPS 静态测量和四等水准测量的高等级点作检查点。其一些精度统计如下:

RTK 控制点校正点位残差统计表 1

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

点名 LB24 LB25 LB51 LB21 LB49 D021 LB17 LB50 LB47

△X(m) 0.001 0.002 -0.002 0.002 0.000 -0.003 -0.004 0.000 0.001

△Y(m) -0.003 0.002 0.004 0.001 -0.002 0.004 -0.005 0.000 0.004

△H(m) 0.01 -0.002 0.008 0.009 0.001 0.001 -0.005 0.003 -0.002

备注:水平残差和垂直残差限差均为 2cm

RTK 控制点校正点位残差统计表 2

序号

点名

△X(m)

△Y(m)

△H(m)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

LB58 D022 D021 D027 LB27 LB50 LB51 LB52 LB59

0.012 0.012 -0.002 0.002 0.001 -0.009 -0.004 0.001 0.001

-0.013 0.002 0.014 0.001 -0.002 0.004 -0.005 0.002 0.004

0.010 -0.002 -0.008 0.009 0.001 0.001 -0.015 -0.003 -0.012

备注:水平残差和垂直残差限差均为 2cm

RTK 二级控制点与高等级检查点坐标比较结果表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

点名 I107 I113 I118 I046 I109 I047 I050 I639 I641 I643 I644 I645 I603

△X(m) 0.001 0.020 0.015 0.003 0.010 0.005 0.010 0.011 0.014 0.008 0.020 0.002 0.005

△Y(m) 0.013 0.021 0.004 0.003 0.006 0.010 0.010 0.008 0.020 0.020 0.009 0.001 0.006

平面点位较差(m) 高程较差△H(m) 0.013 0.029 0.016 0.004 0.012 0.011 0.014 0.014 0.024 0.022 0.022 0.002 0.008 0.005 0.001 0.037 0.015 0.030 0.010 0.006 0.004 0.011 0.031 0.009 0.024 0.016

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

I606 I616 I617 I636 I646 I650 I654 I657 I659 I660 I661 I662 I663 I666 I667 I671 I423 I424

0.013 0.013 0.004 0.002 0.008 0.004 0.007 0.003 0.007 0.009 0.003 0.009 0.005 0.015 0.012 0.015 0.003 0.001

0.010 0.005 0.016 0.018 0.014 0.002 0.011 0.021 0.016 0.019 0.017 0.011 0.001 0.006 0.000 0.014 0.002 0.002

0.016 0.014 0.016 0.018 0.016 0.004 0.013 0.021 0.017 0.021 0.017 0.014 0.005 0.016 0.012 0.021 0.004 0.002

0.015 0.015 0.010 0.018 0.016 0.016 0 0.020 0.001 0.011 0.007 0.003 0.001 0.002 0.011 0.038 0.031 0.007

根据项目《技术设计书》和《城市测量规范》(CJJ8-99)要求,各级(含图根)控制点的平面位置相 对于起算点的点位中误差不得大于±5cm,二级控制点的高程中误差不得大于±3cm。以两倍中误差作为极限 误差。 从上表可看出, RTK 二级控制点与高等级检查点 (经过 GPS 静态测量和四等水准测量的一级控制点) 坐标相比较,平面较差最大值为 2.9cm,平面较差最小值为 0.2cm,平面较差中误差为 1.6cm;高程较差最 大值为 3.8cm,高程较差最小值为 0cm,高程较差中误差为 1.7cm,均符合项目《技术设计书》和《城市测 量规范》(CJJ8-99)要求,说明此次 RTK 测量的精度是达到二级控制测量技术要求的。 5 结论

1.在 GPS 观测条件良好的地区(例如在城镇和村庄外部,其视场内障碍物的高度角一般不超过 15°和 没有强烈干扰卫星信号接收的大型建筑物),GPS RTK 测量技术测量误差分布均匀、相互独立,不存在误 差积累,精度较高,能够满足城市测量中二级控制导线和等外水准测量的技术要求。同时 RTK 测量技术能 够实时地提供测量成果,不需要像常规控制测量那样分级布网,可以大大提高测量速度和企业效益。 2.由于 RTK 测量技术没有像常规控制测量那样进行平差,在测量过程中出现粗差时难以发现,而控制 点成果要求 100%可靠度,因此对 RTK 控制点要进行 100%检核。在此次测量中,我们对二级控制点的检 核工作一部分是在进行控制测量时进行,在每天的作业中,都相应的检测了一些测区范围内的已知控制点 和重测了部分前面已测量过的 RTK 二级控制点, 检测结果均在限差内 (平面点位较差和高程较差均在±5cm 内)才进行新的 RTK 测量。另外大部分控制点的检核工作是在进行数字化测图时进行,如果数字化测图使 用 RTK 进行测量,遇到高等级控制点要进行检核并重测已测量过的 RTK 二级控制点,如果数字化测图使 用全站仪进行测量,在定向和测图过程中遇到二级控制点要检查控制点间的水平夹角、高程或者坐标,发 现问题时及时要求控制组返工重测,从而全面保证二级控制点的质量和可靠性。


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