RTK技术在平面控制测量中的应用

1 GPS-RTK定位原理

RTK (Real Time Kinematic) 技术又称载波相位差分技术, 是实时处理两个测站载波相位观测量的方法。它由基准站接收机、数据链、流动站接收机三部分组成[2]。作业时, 一台接收机安置在高级的控制点进行连续观测, 根据基准站的精密坐标, 计算出基准站到卫星的载波相位修正值, 并通过数据链发送给流动站;流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时, 通过无线接收设备, 接收来自基准站传输的载波相位数据, 并对观测的载波相位进行修正, 然后利用修正后的数据计算流动站的三维坐标[1]。该方法可以完全消除卫星钟差、星历误差;大部分消除电离层与对流层的影响, 所以可以达到较高的精度。

2 房村镇控制点的GPS相对定位

为了提供参照基准数据, 首先需要对房村镇各一级导线点进行静态观测。房村镇一级导线网是建立在房村E级GPS控制网的基础之上, 其E级G P S网由四个点构成, 即FC1、FC2、FC3与FC4;主一级导线由8个点构成, 其网形如图1。首先以房村四个E级GPS点为起算数据, 采用5台华测X90多功能测地型接收机对一级导线点进行三个时段的静态观测;观测技术标准参照一级GPS导线执行, 卫星的高度角要求大于15度, 观测时段大于45分钟, 采样间隔15秒。数据处理采用随机软件COMPASS, 基线解算采用双差固定解, 坐标解算, 采用联合网平差[3]。

3 RTK图根控制作业流程

3.1 电台的架设

因为华测X90的DL3电台也支持自由架站, 所以相对于其它老式GPS-RTK定位设备更自由的多。为了保证定位精度与UFH电台信号的传输效果, 故选择在测区中央的房村镇政府办公楼上架设电台。当基准站、电台、与电源连接完毕后, 启动基准站, 并设置电台的发射功率、电台的频率以及信号发射的频率。当基准站GPS接收机稳定工作之后, 电台的红灯便有规律的闪烁, 此时说明电台已经正常通过无线电信号发送差分数据。

3.2 坐标系校正

因为GPS接收机获取的坐标为WGS-8 4坐标, 而我们基础测绘需要的是西安1980坐标, 所以必须进行坐标转换。转换方法采用点校正法, 即先用RTK设备测量出FC1到FC4四个控制点的WGS-84坐标, 然后输入各控制点的西安1980坐标, 选择水平与垂直法校正[2]。校正后, 发现X方向水平残差0.004米, Y方向水平残差-0.003米, 竖直残差0.010米。平面精度明显优于高程精度。

3.3 控制点的观测

(1) 观测时间的设定;为保证观测精度, 必须具备充足的观测时间。华测RTK允许用户自行设定观测时间。根据多次实验, RTK观测时长如果少于3分钟可能会影响观测精度, 而观测时长大于5分钟, 对于观测精度没有明显的改善, 所以此处设置控制点的观测时长为240秒, 即4分钟。 (2) 观测门限精度的设定;与传统控制测量不同, 采用RTK进行点位测量的同时可以预测点位的精度。为了提高观测精度, 应当设置一定的精度门限值, 使得当观测精度较差时, 停止观测, 相反观测条件较好时, 恢复观测。如果精度门限设置过小, 可能会使观测时间延长, 如果精度门限过大, 将影响观测精度。根据基础测绘的相关要求以及实践经验, 此处平面X与Y方向的精度门限值全部设置为0.015米。 (3) 各控制点的观测;设置完毕后, 启动移动站接收机, 当看到接收机电台信号绿灯闪烁, 并且点位精度由浮动变成固定后就可以进行各控制点的观测。

4 导线、RTK与GPS静态精度对比分析

在完成相关观测与必要的数据处理之后, 下面对观测的成果进行对比分析, 包括基线精度对比与点位精度对比。基线对比见表1, 点位精度对比见表2。

通过表1对比, 可以看出GPS-RTK的基线观测精度与全站仪基线的观测精度相当, 而且精度均匀;但是通过表2点位综合精度对比中可以看出, GPS-RTK的观测精度明显优于全站仪精度, 而且误差相对均匀, 不存在误差积累现象。

虽然利用GPS-RTK技术可以实时获得较高的精度, 但是在作业时应同时处理好以下细节问题。

(1) 为了保证差分效果, GPS-RTK的数字电台最后选择测区中央, 且地势比较开阔的地方[4]; (2) 为了提高对中精度, 在对控制点进行观测时, 取消对中杆, 改用三脚架与基座对中整平;该方法可以将对中误差控制在5毫米之内, 但是接收机天线高度无法精确测定, 所以该方法只适用平面控制 (3) 为了提高坐标转换精度, 在坐标系校正时选择的转换点要分布合理, 最好均匀分布在测区的四周; (4) 为减弱卫星星座误差的影响, 各控制点应分时段重复观测, 如果两次观测值小于允许值, 求其平均值作为最终结果。

5 结语

GPS-RTK的出现, 改变了传统控制测量模式, 大大降低了劳动强度, 简化了数据处理过程, 提高控制测量的效率, 使得多人几天才能完成的工作在一个工作日就可以轻松完成。另外GPS-RTK技术不但可以实时获取控制点的坐标, 而且还可以设定控制点的观测精度门限, 避免因精度不够而日后返工。随着全球定位技术的不断发展, 以及GPS国产化率的不断提高, 在不远的将来GPS-RTK技术完全有可能传统平面定位方法。

摘要：传统控制测量方法作业时间长, 劳动强度大, 数据处理过程繁琐, 直接影响了各项工程的开展。本文介绍一种GPS-RTK观测技术, 不但可以实时获取控制点的平面坐标, 而且还可以设置观测点的精度门限, 希望对相关工程的开展起到一定的借鉴作用。

关键词：GPS-RTK,基线,精度门限,残差

参考文献

[1] 徐绍铨, 等.GPS测量原理及应用 (第二版) [M].武汉.武汉测绘科技大学出版社, 2007, 12.

[2] 上海华测.华测X90系列使用手册[M].2007, 2.

[3] 魏二虎, 黄劲松.GPS测量操作与数据处理[M].武汉大学出版社, 2004.1.

[4] 刘小玲, 熊寻安.RTK技术在控制测量中应用的探讨[J].人民珠江, 2007 (3) .