RTK与常规控制测量的应用比较分析

全球卫星定位系统 (GPS) 的全面建成和发展, 导致了导航和测绘行业的一场重大深刻技术革命。G P S广泛的应用于军事、气象、地震、水利、测绘等行业。其优点是具有全球性、全天候、连续导航和定位。能为各类用户提供精密的三维、速度和时间。具有灵活、快速、省事、省力等优点, 显著提高工作效率。

我单位引进TOPCON HIPRO设备后, 通过一系列的试验, 比较、研究分析, 认为其具有常规测量无法比拟的优点。其优点如下。

(1) 外业观测简便。

(2) 定位精度高, 一般都能达到厘米级, TOPCON HIPRO的标称精度为:

L1+L2 H:3mm+0.5ppm

V:5mm+0.5ppm

RTK L1+L2 H:10mm+l.Oppm

V:l0mm+1.Oppm

(3) 24h全天候观测, 不受白天黑夜的影响, 刮风下雨一样可以观测。

(4) 经济效益显著, 由于GPS卫星定位不需站间同视, 所以不必建立费时费累的:n标, 可以节省大量的人力、物力和时间。

(5) GPS (RTK) 的技术的发展, 可以实现实时动态差分定位, 能够快速准确的定位。

主要通过工作中的一些实例来探讨R T K技术与常规测量在控制测量和工程测量的应用, 来比较分析二者之间的优缺点。

1 RTK的应用原理

(1) RTK技术又称为载波相位动态差分技术, 即基准站位置已知对卫星载波相位观测, 基准站电台将观测的每一颗卫星的载波相位量调制到载波上发送传递。

(2) 流动站对卫星进行载波相位观测:即流动站接受基准站电台传递的载波相位观测量, 流动站利用电台接受到基准站的载波相位观测量和本机的载波相位观测量进行差分处理计算, 求出观测时刻的位置。

(3) 特点: (1) 需要数据链进行实时传送载波相位观测量。 (2) 实时定位数据可达厘米级精度。

2 RTK的应用

(1) 实时动态差分定位 (RTK) 最基本的组成包括三部分: (1) 基准站接收机。 (2) 流动站接收机及支持动态差分的软件系统。 (3) 数据链, 建立无线数据通信是实施动态测量的特征。其原理是取点位精度较高首级控制点作为基准点, 将基准站接收机设置在高处开阔通信条件良好的基准站上, 连续接受所有可视G P S卫星信号, 并将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去。流动站接收机在跟踪G P S信号同时通过无线电台接受来自基准站的数据, 随机计算机通过O T F算法解求载波相位整周模糊度, 再通过相对定位模型获取所在点相对基准站的三维坐标和精度指标。

(2) 获得流动站的精确坐标需以下几个步骤:

(1) 利用L1和L2的载波相位与C/A码、P/Y码伪距构成三差模型, 求解流动站所在位置的近似坐标。 (2) 双频扩频技术动态求解宽巷模糊度代入双差模型, 通过参差检验迭代求出更精确的L 1和L 2的载波相位模糊解。当距离较长时, 能削弱电离层的影响。观测条件恶劣时 (只能收到四颗公共卫星) 具有模糊度重复检验的功能。 (3) 根据相对定位模型, 实时求解流动站的WGS-84坐标。 (4) 根据给定的转换参数, 进行坐标的转换。 (5) 坐标解求精度评定, 然后给出相应坐标系的精确坐标和精度指标。

4 RTK与常规测量的比较分析

(1) 为了地质勘探的工作需要, 在某市某区布设一级导线, 对导线网分别采用常规测量和R T K方法进行施测。

平差结果:

平面网平差精度如下:

最大点位误差=±0.0 3 6 6 m

最大点间误差=±0.0 2 4 6 m

高程网平差精度如下:

最大点位误差=±0.0366m

最大点间误差=±0.0 2 6 1 m

(2) 采用R T K来代替常规测量一级导线测量。将基准站设在测区中部的高处符合基准站设立条件的地方。联测4个已知高等级控制点作为首级控制, 结算出当地坐标系转换参数。为了提高测量精度, 观测时间大于l 0 s, 采用不同时间段观测两次, 其中水平残差值最大=±0.028m、垂直残差值最大==±0.0 6 1 m, 对两次观测结果取其平均值。全站仪与RTK点位误差对比分析见表1。

其中最大点位较差=±0.0 3 8 m, 最小点位较差=±0.0 0 1 m, 较差中误差=±0.020m;高程最大较差=±0.022m, 最小较差=±0.008m, 较差中误差=±0.016m。

边长最大差值=7 m m, 方位角最大差值=-1 2", 边长差值中误差=±5.l m m, 方位角差值中误差=±5.8", 边长最大差值相对中误差=0.007/799.42=1/110000, 满足一级导线规范要求。

(3) 在工程测量方面:对各种工程点的施工放样收测, 只要设置好基准站, 对单点点位一般只需3 s～8 s, 而且不需控制点间通视, 通过使用全站仪检测可以达到厘米级。对区内部分工程点检测比较得出0.03m≤M差≤0.0 9 m, 完全满足地质勘探施工规范要求。

5 结语

(1) 通过以上所述可以得出R T K技术能够满足工程测量中一、二级导线和三角工程测量的需要, 由于R T K技术不同于常规控制测量, 所以不能完全用常规控制测量的技术标准来衡量, 尤其是边长较短相邻点表现比较明显。R T K技术测量误差均匀、独立, 不存在误差积累问题, 精度可靠程度较高。 (2) R T K能够实时提供测量结果, 不需要分级布网, 可以大大减少成本, 减轻工作人员的劳动强度, 提高工作速度和经济效益。 (3) 误差与流动站至基准站的距离成正比, 因此解求转换参数的已知点应分布均匀, 最好覆盖整个测区。 (4) 在地形比较复杂, 植被覆盖较密的情况, 基准站设置比较困难, 电台数据链传输就会受到影响, 以至不能结算出待定点的坐标, 所以R T K技术不能完全替代常规测量 (全站仪) 。 (5) 测量时需采用一些方法来提高测量精度, 如延长测量时间、选择有利观测时间、增加观测次数或改变基准站等, 要避免电磁和水面的镜面效应对信号的影响。

摘要：本文基于笔者多年从事城市工程测量的相关工作经验, 以RTK在城市控制测量中的应用为研究对象, 探讨了RTK的应用原理及方法, 在此基础上, 笔者对比了其与常规控制测量之间的差别, 全文是笔者长期测量实践中的技术总结, 可以直接指导实践, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：RTK,常规控制测量,应用