RTK技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)導(dǎo)線進(jìn)行城市地形控制測量

劉 沛

RTK技術(shù)近年來發(fā)展可謂突飛猛進(jìn),它在各種控制測量、地形測圖、工程選線及工程放樣中應(yīng)用廣泛,與常規(guī)儀器相比非常明顯地提高了作業(yè)效率和作業(yè)精度。尤其是CORS站的建立,使得RTK的一次測量作業(yè)半徑進(jìn)一步放大。

RTK受衛(wèi)星狀況的限制,衛(wèi)星高度角及電離層和對(duì)流層的影響對(duì)測量精度的限制是不可避免的。高樓及植被覆蓋區(qū)域數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制使得作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小。RTK測量的橢球高與水準(zhǔn)高的基準(zhǔn)面的不平行給RTK高程測量帶來誤差。這些因素說明RTK并不是萬能解決方案。在一般城市基礎(chǔ)控制測量中,測量控制點(diǎn)不完全是為了滿足某一次地形圖測量,用途更大的往往是解決本區(qū)域的測量基準(zhǔn)問題。因此,RTK技術(shù)與傳統(tǒng)導(dǎo)線測量相結(jié)合則相得益彰,可以兼顧工作效力及測量要求兩個(gè)方面。本人以項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的身份曾完成中山市中心城區(qū)東部地區(qū)1∶500數(shù)字化地形圖測量第二標(biāo)及沿海測區(qū)第六標(biāo)的測量工作。得到了原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行了分析比較,結(jié)合控制測量的方案及測量中遇到的問題進(jìn)行了分析探討。

1 控制測量方案擬定

中山市中心城區(qū)東部地區(qū)1∶500數(shù)字化地形圖測量屬中山市國土資源局基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目。地形圖及控制測量要求滿足一測多用的目的。測區(qū)面積約5.0 km2,以工業(yè)廠房為主,西北及西南分布兩個(gè)居民房密集的村莊,東南分布一座小山丘。經(jīng)討論決定測區(qū)平面控制測量分三個(gè)步驟:一級(jí)導(dǎo)線、二級(jí)導(dǎo)線、圖根導(dǎo)線及RTK測量。一、二級(jí)導(dǎo)線宜布設(shè)成直伸等邊形狀,導(dǎo)線相鄰邊邊長之比不宜超過1∶3,其圖形盡可能布設(shè)成結(jié)點(diǎn)網(wǎng)或單結(jié)點(diǎn)形式,當(dāng)附合導(dǎo)線長度不足規(guī)定長度1/3時(shí),導(dǎo)線全長的絕對(duì)閉合差不得超過±13 cm。利用GPS進(jìn)行RTK測量圖根控制部分,RTK測量的起算數(shù)據(jù)為測區(qū)布設(shè)的一、二級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)或原有的GPS E級(jí)點(diǎn)。點(diǎn)位精度按CJJ 8-99城市測量規(guī)范要求進(jìn)行。RTK起算點(diǎn)不少于5個(gè),并應(yīng)均勻分布在測區(qū)周圍和測區(qū)中部,同時(shí)在測區(qū)周圍和中部測定不少于5個(gè)檢查點(diǎn),并分析GPS點(diǎn)位精度和擬合殘差。對(duì)視野開闊的主要道路布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn),其次布設(shè)二級(jí)導(dǎo)線,在一、二級(jí)導(dǎo)線網(wǎng)的基礎(chǔ)上,加密圖根控制點(diǎn)以方便地形圖測量之用,圖根控制測量分兩部分:1)在村莊房屋密集區(qū)布設(shè)圖根導(dǎo)線,進(jìn)行常規(guī)圖根導(dǎo)線測量;2)在比較空曠的地區(qū)進(jìn)行RTK測量。

2 控制測量

測區(qū)周圍共分布可作為導(dǎo)線起算數(shù)據(jù)的GPS E級(jí)點(diǎn)3對(duì),共觀測一級(jí)導(dǎo)線9.4 km,二級(jí)導(dǎo)線12.4 km。原計(jì)劃大部分區(qū)域施測RTK控制測量,但實(shí)際測量時(shí)街巷內(nèi)部的衛(wèi)星信號(hào)太弱,難以鎖定數(shù)據(jù)鏈。故臨時(shí)決定布設(shè)圖根導(dǎo)線,共施測圖根導(dǎo)線4.38 km,GPS RTK測量166點(diǎn)。對(duì)于這一測量布局,經(jīng)實(shí)際操作,收到了很好的效果。既保證了工期,也滿足了測量要求,對(duì)后期的測圖人員來說,就更加靈活了。

RTK可以直接測量圖根點(diǎn)的坐標(biāo)及高程,要求作業(yè)半徑不應(yīng)超過5 km,對(duì)同一點(diǎn)均應(yīng)進(jìn)行同一參考站或不同參考站的兩次觀測,其平面較差及高程較差不應(yīng)大于0.1 mm及1/10的等高距。為了方便RTK測量結(jié)果與各級(jí)圖根導(dǎo)線測量結(jié)果進(jìn)行比較,RTK測量計(jì)劃設(shè)兩次參考站,第一站以原有的GPS E級(jí)點(diǎn)作為起算數(shù)據(jù),第二站以一、二級(jí)導(dǎo)線測量成果作為起算數(shù)據(jù)。

當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系:中山統(tǒng)一坐標(biāo)系;

長軸半徑和扁率:6 378 317.000,298.300 000 000;

中央子午線:113°22′00.000 0″E(dms);

東西向偏移:50 000.000 m;

南北向偏移:0.000 m;

中央子午線投影長度比:1.000 00;

投影面高程:0.000 m。

RTK測量進(jìn)行平面及高程擬合,最大平面中誤差為0.040 2 m,最大高程中誤差為0.024 6 m。其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)及殘差見表1,表2。

表1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

表2 殘差 m

本次 RTK測量進(jìn)行平面及高程擬合,最大平面中誤差為0.040 2 m,最大高程中誤差為0.024 6 m,滿足《規(guī)范》要求。

一、二級(jí)導(dǎo)線及圖根導(dǎo)線測量利用TOPCON GTS-702全站儀施測水平角采用方向法觀測。一、二級(jí)導(dǎo)線邊進(jìn)行往返觀測,往返各觀測兩測回,一條邊共測距8次,取平均值作為邊長值。測距時(shí)讀氣壓,溫度,氣壓讀至100 Pa,溫度讀至0.5℃,讀取的氣壓與溫度直接輸入儀器,儀器自動(dòng)作邊長改正。圖根導(dǎo)線測量只進(jìn)行單邊測量,觀測兩測回,一條邊共測距4次,取平均值作為邊長值。測距時(shí)讀氣壓,溫度,氣壓讀至 100 Pa,溫度讀至0.5℃,讀取的氣壓與溫度直接輸入儀器,儀器自動(dòng)作邊長改正。

一、二級(jí)導(dǎo)線外業(yè)觀測完畢后,對(duì)相關(guān)軟件記錄的電子手簿進(jìn)行200%的檢查,對(duì)檢查后的角度及邊長數(shù)據(jù)輸入清華山維控制網(wǎng)平差軟件進(jìn)行經(jīng)典平差。一級(jí)導(dǎo)線平差結(jié)果為:方向中誤差為4.45″(允許差 ±5.0″),最大方向閉合差為 26.5″(允許差±33.2″),最大導(dǎo)線相對(duì)閉合差為1/27 730(允許1/14 000),最大導(dǎo)線全長絕對(duì)閉合差9.88 cm(允許±13 cm)。二級(jí)導(dǎo)線平差結(jié)果為:方向中誤差為 4.61″(允許差 ±8.0″),最大方向閉合差為 -25.2″(允許差±45.2″),最大導(dǎo)線相對(duì)閉合差為1/19 275(允許1/10 000),最大導(dǎo)線全長絕對(duì)閉合差8.33 cm(允許±13 cm)。

圖根導(dǎo)線平差結(jié)果為:方向中誤差為14.2″,最大方向閉合差為 49.3″(允許差±2′33.2″),最大邊長比例誤差為 1/12 206(允許1/4 000),最大導(dǎo)線相對(duì)閉合差 2.73 cm(允許±13 cm)。

高程控制測量系在測區(qū)內(nèi)組成四等水準(zhǔn)網(wǎng),圖根水準(zhǔn)系在四等水準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行。

3 測量數(shù)據(jù)(部分)分析比較

表3 測量數(shù)據(jù)分析比較表一

表4 測量數(shù)據(jù)分析比較表二

經(jīng)表3數(shù)據(jù)比較:最大ΔX=4.2 cm;最大ΔY=-4.1 cm;最大ΔH=-3.4 cm。經(jīng)表 4數(shù)據(jù)比較:最大ΔX=2.0 cm;最大ΔY=2.7 cm;最大ΔH=1.3 cm。從表 3,表4可以看出,RTK平面及高程測量成果足以滿足圖根控制測量的要求。

4 綜合分析比較

RTK測量速度快,投入的人力少,能夠?qū)崟r(shí)迅速地完成控制測量任務(wù)。這對(duì)以往工程測量中須等控制測量完成后才能進(jìn)行地形圖測量起到互補(bǔ)作用。甚至必要時(shí)在測量現(xiàn)場即可進(jìn)行起算點(diǎn)擬合并提供測量成果。而在衛(wèi)星信號(hào)比較差的街巷、樹木覆蓋區(qū)則可以有充足的時(shí)間布設(shè)傳統(tǒng)導(dǎo)線測量。既保證了工程質(zhì)量也保證了工期。就整個(gè)項(xiàng)目而言,有了RTK的利用,工作安排變得靈活多了。在測量過程中,位于東南側(cè)一山丘控制點(diǎn)的布設(shè)方案則更能體現(xiàn)RTK的優(yōu)越性。若布設(shè)圖根導(dǎo)線,通視困難,測量難度較大,約需2 d～3 d時(shí)間完成。利用RTK測量則只用半天的工作量。相反,在村莊部分測量中,RTK初始化時(shí)間較長,測量精度難以保證,而測區(qū)特征地物點(diǎn)較多,施測圖根導(dǎo)線則更有效果。

[1]劉基余,李征航,王躍虎,等.全球定位系統(tǒng)原理及應(yīng)用[M].武漢:武漢測繪科技大學(xué)出版社,1993.

[2]GB 50026-2007,工程測量規(guī)范[S].

[3]GB/T 18314-2001,全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范[S].