深度探讨基于GPSRTK技术的城市控制测量技术

2022-09-11

城市控制测量是为市政工程建设、规划红线定位、工程测图、房产图测绘、地籍变更测量等服务的城市测量的基础性工作。传统的方法一般采用导线测量, 随着全球卫星定位技术 (GPS) 的飞速发展, 它以高效率、高精度等优点, 迅速在城市控制测量中已被广泛采用。目前GPS实时动态定位技术 (RTK测量模式) , 更是以实时、快速、操作简单而越来越受到城市测绘单位的青睐。

采用Topcon Riper双频GPS接收机, 运用RTK模式完成了多个控制测量项目, 取得了良好的效果。本文主要结合工程实践, 就RTK技术在城市控制测量中的运用谈点体会。

1 RTK技术

GPS实时动态测量 (Real-Time Kinematic) 简称RTK, 是实时处理两个测站载波相位观测值的差分方法。具体作业方法是设置GPS基准站一台, 并将一些必要的数据, 如坐标系转换参数、预设精度指标、基准站坐标等输入GPS手簿, 一台或多台GPS流动站在若干个待测点上设站;基准站与流动站同时接收卫星信号;同时基准站通过电台将其观测值和设站信息一起传送给流动站;流动站将接收到的来自基准站的数据及GPS观测数据, 组成差分观测值进行实时处理。

2 工程案例一

2.1 工程概况

测区位于J市某开发区, 控制网布设面积约8km2, 设计点位27座, 起算点采用位于测区南侧、东侧约0.8km的J市四等平面控制点各一座, 测区北侧、西侧边缘四等平面控制点各一座。

2.2 RTK GPS测量

为了保证测量成果的精度及可靠性, 在测区北侧及东侧的起算点分别设置基准站, 分别采集起算点空间坐标解算坐标系转换参数;并分别测量待测点平面坐标, 然后取两次测量的平均值作为最终成果;两次测量结果的坐标差值统计见表1。

根据上述两次测量坐差值的统计, 可算得两次测量平均值的点位中误差为±1.25cm。

2.3 RTK成果的外部检验

(1) 相邻点间边长检测。

检测采用TOPCONG TS602全站仪, 以两次测量平均值作为实测边长值, 共检测通视边17条;根据实测边长与RTK测量成果坐标反算所得边长的差值统计可算得相邻点间边长中误差为11.08cm。

(2) 采用导线测量方式的坐标检验。

在测区南侧选择待测点6座, 按一级导线测量方式观测, 起算点为以上述J市四等平面控制点为起算的按GPS静态方式观测的城市一级控制点;根据测量结果与上述RTK测量成果的坐标差值统计估算RTK测量成果的点位中误差为±1.22cm。

3 工程案例二

由于R T K测量在2 0 K M内点位平面标称精度为±3cm, 根据控制测量规范要求Ⅰ级导线点的点位误差为±3cm, 从理论上讲RTK测量完全可以满足Ⅰ级以下导线点的技术规范要求。

在某工程道路放桩R T K测量中, 对距离基准站1 k m~6 k m的一些四等GPS控制点采用一点法进行检核比较, 结果表明平面坐标分量最大差值为3.1cm, 高程最大差值为4.9cm, 完全符合Ⅰ级导线点的规范精度要求。

在某工程1∶1000数字地形图测绘任务中, 测区长约7km, 宽0.7km, 面积约5km2。整个测区采用Ashtech Z-X双频GPS接收机用静态法共布测了5个四等GPS点, 21个一级GPS点, 点位均匀分布, 最弱点点位中误差为 (Mx:4.0cm, My:3.9cm) , 并联测了四等水准高程。为了进一步检核Ashtech Z-X双频GPS系统的测量精度, 采用GPS控制点联测法均匀地检测了其中12个GPS控制点, 基准站设在测区中间。GPSRTK测量坐标值与静态联测法坐标值的较差见表2, 其X坐标中误差为±3.1cm, Y坐标中误差为±2.3cm, H高程中误差为±5.0cm, 结果完全可满足Ⅰ级导线点 (5"以下) 的规范精度要求。

尽管GPSRTK测量的标称精度及实测精度完全满足Ⅰ级导线点5"点以下的规范精度要求, 但目前的规范对利用G P S RTK测量进行Ⅰ级导线甚至更高的精度的控制测量, 其采集数据的方法, 数量等等还没有明确的规定, 因此还需要用大量的实践来证实。实际测量中还必须采取足够的检核手段, 确保测量的准确性。

4 建议

(1) RTK测量与静态GPS测量相同, 首先得到的是WGS-84坐标, 必须通过一定的坐标转换关系才能得到用户坐标系坐标, 转换参数的求取精度对测量成果有很大影响, 因此在实际应用中首先应注意起算点精度, 特别应注意采用一定的方法检核起算点的相对精度;同时, 转换参数有一定的区域性, 它仅适用于起算点所圈定的一定区域, 外推精度随距离增加降低明显, 因此在实际工作中应尽量选择能覆盖整个测区且分布均匀的起算点。

(2) 若已知起算点为静态GPS控制网成果, 可利用已有WGS-84坐标及用户坐标建立坐标转换关系, 这样可节省采集起算点WGS-84坐标的时间、提高工作效率;但在利用原有成果时应注意所采用的WGS-84坐标应是在同一网平差中得到的, 因为它是由单点定位的W G S-8 4坐标推算得到的, 只代表某个特定的坐标对应关系。

(3) 基准站应选择位置较高的点位, 这样可明显扩大流动站作业范围, 但根据笔者对多个工程成果的统计分析, 基准站与流动站间的距离对测量成有一定的影响, 当流动站与基准站间的距离达到5km~6km时, 两次测得的坐标差值及相邻点间距离与全站仪边长测量的成果差值超过5cm的明显增多;笔者建议在采用RTK技术进行控制测量时, 为保证成果的精度及可靠性, 流动站的作业半径应控制在5km以内。

(4) 根据上述第一、第三点, 在采用RTK方式进行较大区域控制测量时可将测区划分成若干个工作区;各工作区的划分应有一定的交叉, 观测时应进行相互检核;也可以采用两次工作区划分不同的方式进行观测。

(5) 在城市控制测量中, 点位一般可埋设在建成的城市道路, 选点时应充分考虑使用的方便及安全, 但同时应尽量避开高压线、高大建筑、电台发射塔等;因此RTK方式不适合应用于建筑密集的老城区, 而在新建开发区一般均能取得较好的效果, 本文列举的两个工程实例均是在这样的测区完成的;另外, 基准站更应避开高压线、微波站、变电所等。

(6) RTK测量存在明显的时间段影响, 一般上午11点前、及下午3点之后测得的数据精度较好, 在上述工程实例观测时, 笔者曾尝试在中午12点进行观测, 但很难达到解算状态, 即使得到了坐标成果, 其可靠性往往也较低;建议不要在中午12点至14点间进行R T K测量。

(7) 由于RTK测量的误差来源与导线测量不同, 各点位精度没有直接相关性, 当相邻点间距离较短时边长相对误差及角度误差可能较大, 为了提高相邻点间的相对精度应尽量增大相邻点间的距离;为保证建设工程应用的精度要求, 建议利用本文方法进行城市控制网测设时, 相邻点间距离不宜小于300m, 因为控制点间无需连续通视, 根据笔者的经验这很容易做到。

5 结语

利用RTK技术进行城市控制测量操作灵活、简单, 同时减少了大量的观测数据后处理工作, 大大提高了工作效率, 彻底改变了城市控制测量的作业模式;但在实际工作中应充分认识这一技术的特点及其与传统测量模式的区别, 设法提高测量成果的可靠性。

摘要：本文基于笔者多年从事工程测量的相关工作经验, 以RTK技术在控制测量中的应用为研究对象, 结合两个控制测量工程案例, 详细分析了RTK控制测量的步骤, 流程和方法, 在此基础上, 笔者结合研究体会给出了7条建议, 全文是笔者长期实践基础上的理论总结, 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：实时动态技术,城市控制测量,GPS,工程案例