GPS-RTK实时动态定位技术在地形测量的工程应用

2023-03-03

1 GPS-RTK技术工作原理与技术数据处理

1.1 RTK工作原理

RTK是Real Time Kinematic (实时动态) 的缩写, 它是建立在全球导航定位系统 (GPS) 基础上的定位技术, 是基于载波相位观测值的实时动态定位技术, 它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果, 并达到cm级精度。其基本原理是在基准站下设置l台GPS接收机 (基准站) , 对所有可见GPS星进行连续地观测, 并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站 (移动站) 。在移动站上, GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时, 通过无线电接收设备, 接收基准站传输的观测数据, 然后根据相对定位原理, 文时地解算整周模糊度未知数并计算、显示移动站的三维坐标及其精度。基准站三维坐标的准确性, 是RTK实时差分测量系统高精度作业的一个重要条件。

1.2 GPS—RTK技术数据处理

在地形测量中, 控制点成果采用北京54坐标系, 因此要求RTK作业时流动站应实时得到高斯平面坐标。由于GPS实时测得的是测量点WGS-84地心坐标, 所以RTK流动站需要将WGS-84地心坐标实时转换到北京54坐标。为了保证转换精度, 要选择有代表测区大概地形特征的5个以上高等级控制点求取转换参数。在进行图根控制测量之前, 为了检验所求出的转换参数的正确性, 首先利用该参数对部分原有的GPS点进行检测, 检测结果一方面证明控制点的坐标、离程数据的可靠性, 同时也证明所求参数无误。

2 应用实例分析

2.1 工程概况

测区位于云南省曲靖市南部, 东至平青犬公路东侧500m, 南至野鸡坨, 西至野兴公路, 北至菌子山, 面积约50平方公里。属亚热带季风气候, 全年平均气温20.5℃。测区为半山区地形, 含20个村庄。

本次测最平面坐标采用l954北京坐标3度带、中央子午线为东经120°的平面直角坐标成果, 高程系统为l956年黄海高程基准。测区内有四等GPS点11个, 其高程满足四等水准要求。为了检验转换参数的町靠性, 首先用RTK对测区中央的10个GPS控制点的坐标及高程进行了检测, 检测结果表明, 检验精度与原精度相同, 转换参数准确可靠。

2.2 基准站的选择

由于本测区的范围比较大, 地形比较复杂, 因此, 对基准站的选择十分关键。基准站位置选择在测区中心、地面基础稳定、易于保存、视野开阔、点位目标明确的较高点上, 有利于其他观测手段扩展与联铡, 并且附近地势高, 没有大功率的无线电发射台和高压输电线, 避免了周围磁场对GPS卫星信号的下扰;基准站附近没有大面积的水域或对电磁场反射 (或吸收) 强烈的物体, 避开了易产生多路径效应和不利于电台工作的地方, 视场内障碍物的高度角一般应大于15°, 以减弱对流层折射的影响。

2.3 RTK图根控制测量

GPS—RTK图根控制测量的具体步骤是:首先在巳知点上设置一台GPS接收机作为基准站, 一台或多台GPS接收机在若干待测点上设置为移动站 (使用强制对中装置) , 基准站与移动站同时接收卫星信号, 基准站将接收到的卫星信号通过自备电台天线发送给移动站, 移动站将接收到的卫星信号及基准站发送来的信号传输到手簿进行实时差分及平差处理, 得到本站的坐标和高程及其实测精度, 并随时将实测精度与预设精度指标进行比较, 一旦实测精度达到预设精度指标, 手簿将提示测量人员记录。实铡记录后, 将测到的坐标、高程及其精度同时记录进手簿, 并终止本站的测量。

整个测区共使用了三个四等GPS点作为基准站, 布设了图根控制点l523个, 其中埋设标石的图根点168个, 采用钢钉、木桩设置的临时性图根点1355个。由于一些点靠近树边或在居民区, 实在无法问避, 则采用延长观测时问, 增加观测次数的方法以提高观测精度, 并FL作以记录, 以便在测图时对相邻图根点进行检查。

2.4 RTK图根控制点成果的检验

为了检验RTK图根点实际能够达到的精度, RTK测毓结束后, 首先对RTK测量结果与静态GPS进行比较, 然后应用电子全站仪对部分通视点间的相对关系进行实测检验。检查工作设测站98站, 测边294条, 测角286个, 涉及点数387个 (约占图根点总数的25%) , 根据检测数据与RTK测量数据的较差和中误差讨算公式m= (式中:d为全站仪检测数据与RTK测量数据较差, n为较差数据个数。) 算得相邻图根点边长中误差为+0.87cm, 高程中误差+1.32cm。根据地形测量中地物点点位中误差 (相对于已知点) 和相对与相邻点点位之间关系相似, 町以推导出RTK图根点点位中误差 (相对于已知点) 和相对与相邻点点位中误差 (高程中误差) 基本相等, 由此求得图根点点位中误差为+1.37cm, 点位高程中误差为+1.49cm, 满足规范5cm精度要求。

3 体会

(1) RTK不仅能够达到1∶1000图根控制测量的点位和高程精度要求, 而且误差分布均匀, 不存在误差积累问题, 完全可以满足大比例尺测图的需要。

(2) 根据四等及其以F各级控制测量对于精度要求以及本lr程对于原有GPS点的检测结果, 可以说明RTK同样适用于四等及其以下的各级控制测量。

(3) RTK高精度高程测量同高精度的平面测量一样, 是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路、各种管网、线路迅速发展的形势下, 往往由于这些地区地形条件的限制, 实施常规的几何水准测量、导线测量有困难, 使用RTK进行高程及平面测量无疑是一种有效手段。RTK测景系统, 是GPS测量技术与数据传输技术的结合, 是GPS测量技术中的一个新突破。RTK测量技术因其精度高、实时性和高效性, 使得其在测量工作中的应用越来越广。

4 结语

GPS—RTK测量技术各观测值都是独立观测, 能达到厘米级的定位精度, 既可以实时提供点位坐标和高程, 又可实时知道测量点位精度, 极大地提高工作效率。全球定位系统能较好地完成大面积地形测量。特别是在因气候条件差, 常规测量仪器难于完成的作业区域, 可以充分发挥RTK快速和高精度定位的优势, 来提高测量精度, 减轻测量人员的内、外业劳动强度。

摘要：结合多年的实践工作经验, 笔者首先介绍了GPS-RTK技术的基本工作原则及技术数据处理, 并详细介绍了其在具体工程中的实践应用, 可供相关专业技术人员参考。

关键词：GPS-RTK技术,地形测量,坐标