特殊測(cè)區(qū)的RTK適用性分析

洪錦山

(漳州市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，福建漳州 363000)

特殊測(cè)區(qū)的RTK適用性分析

洪錦山?

(漳州市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，福建漳州 363000)

分析了RTK測(cè)量誤差來(lái)源，以某市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收的控制網(wǎng)布設(shè)(道路竣工測(cè)量RTK控制網(wǎng)的布設(shè))為例，對(duì)參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下RTK的平面、高程精度的對(duì)比統(tǒng)計(jì)，定量分析了特殊測(cè)區(qū)布設(shè)的RTK控制點(diǎn)的適用范圍。

RTK；誤差；精度

1 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，GPS技術(shù)的普及和發(fā)展更加突飛猛進(jìn)，特別是GPS RTK測(cè)量的出現(xiàn)，既減少了測(cè)繪工作的強(qiáng)度和人員的投入，也大大提高了測(cè)繪工作的效率，促使GPS RTK測(cè)量的廣泛應(yīng)用成為一種趨勢(shì)和必然。RTK測(cè)量由流動(dòng)站采集衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接受來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法將觀測(cè)到的地心坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為制定的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，應(yīng)采用不少于3點(diǎn)的高等級(jí)起算點(diǎn)兩套坐標(biāo)系成果，所選點(diǎn)應(yīng)分布均勻，且能控制整個(gè)測(cè)區(qū)[1]，然而如何有效掌握GPS RTK測(cè)量的精度，特別是如何掌握在利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下(起算高等級(jí)點(diǎn)不能完全控制整個(gè)區(qū)域)的精度(平面和高程精度)，已成為目前測(cè)繪工作者急需要解決的問(wèn)題。本文以某市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目的驗(yàn)收所布設(shè)的控制網(wǎng)為例，定量分析了特殊測(cè)區(qū)布設(shè)的RTK控制點(diǎn)的適用范圍。

2 RTK測(cè)量誤差來(lái)源分析

GPS RTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，主要由三部分組成，即基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈[2]?；鶞?zhǔn)站連續(xù)把觀測(cè)到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)射出去，流動(dòng)站實(shí)時(shí)差分處理基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的載波相位觀測(cè)值，獲取所在點(diǎn)的坐標(biāo)、高程和精度指標(biāo)。由于RTK測(cè)量缺少必要的檢核條件，作業(yè)時(shí)如果操作失誤或某些技術(shù)問(wèn)題處理不當(dāng)，都將會(huì)給測(cè)量成果帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此，讓測(cè)量人員及時(shí)了解RTK的技術(shù)特點(diǎn)和適用范圍是掌握、提高RTK測(cè)量成果精度的技術(shù)關(guān)鍵[3]。

2.1 測(cè)區(qū)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)引起的精度損失

RTK測(cè)量，首先需要輸入控制點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，從而求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，其他點(diǎn)依據(jù)此轉(zhuǎn)換參數(shù)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到地方坐標(biāo)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解的誤差與控制點(diǎn)的精度和分布有關(guān)，所以控制點(diǎn)的選擇是否恰當(dāng)，會(huì)直接影響轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，進(jìn)而引起RTK測(cè)量成果精度的損失。根據(jù)《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)規(guī)范》要求:轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，應(yīng)采用不少于3點(diǎn)的高等級(jí)起算點(diǎn)兩套坐標(biāo)系成果，所選點(diǎn)應(yīng)分布均勻，且能控制整個(gè)測(cè)區(qū)。

2.2 基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離誤差

基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離、軌道誤差和大氣延遲誤差對(duì)RTK測(cè)量精度影響較大，誤差的空間相關(guān)性隨基準(zhǔn)站與流動(dòng)站間距離的增大而逐漸失去線性，因此在二者較長(zhǎng)距離下，經(jīng)過(guò)差分處理后的流動(dòng)站數(shù)據(jù)仍然含有較大的觀測(cè)誤差，從而容易導(dǎo)致定位精度的降低與無(wú)法解算載波相位的整周模糊度。規(guī)范根據(jù)要求精度不同，測(cè)點(diǎn)到基準(zhǔn)站的距離最大允許10 km。

2.3 基準(zhǔn)站的誤差

流動(dòng)站的坐標(biāo)是通過(guò)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)和基線向量得到的，因此，基準(zhǔn)站的誤差會(huì)系統(tǒng)性地帶入到流動(dòng)站的結(jié)果中，最終影響到流動(dòng)站的坐標(biāo)。而且，基準(zhǔn)站的對(duì)中、整平等人員操作誤差也會(huì)系統(tǒng)地帶入到流動(dòng)站的結(jié)果中，同時(shí)基準(zhǔn)站周?chē)h(huán)境對(duì)RTK觀測(cè)質(zhì)量的影響也會(huì)影響到流動(dòng)站坐標(biāo)的解算。

2.4 其他誤差

數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制，RTK數(shù)據(jù)傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物、茂密樹(shù)林和各種高頻信號(hào)的干擾，在傳輸過(guò)程中衰減嚴(yán)重，影響測(cè)量精度。此外還受到衛(wèi)星狀況限制等等。

3 特殊測(cè)區(qū)的RTK適用性分析

正常的參數(shù)覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行RTK測(cè)量能確保測(cè)量精度，但是有時(shí)會(huì)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)條件不完全滿足規(guī)范要求，本文即是研究在參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下，通過(guò)比較RTK測(cè)量成果的平面及高程精度來(lái)探討RTK的適用范圍。

3.1 工程概況

某市的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目的驗(yàn)收——新規(guī)劃“L形”道路的竣工測(cè)量，主要包括道路中線、邊線的平面坐標(biāo)和高程測(cè)量、地下管線(雨水、污水)走向和管底標(biāo)高測(cè)量。我院接到任務(wù)后，急需沿?cái)M驗(yàn)收“L形”道路布設(shè)控制網(wǎng)(要求精度高于圖根控制)用于竣工測(cè)量。受現(xiàn)場(chǎng)條件制約，測(cè)區(qū)絕大部分都在參數(shù)覆蓋范圍外且遠(yuǎn)離基準(zhǔn)站點(diǎn)。為便于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，人為將“L形”道路布設(shè)的控制網(wǎng)分為Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ－Ⅳ－Ⅴ－Ⅵ五段控制網(wǎng)。圖1為測(cè)區(qū)控制網(wǎng)示意圖，圖2為道路走向及RTK控制點(diǎn)分布示意圖。S1、S2、S3為用于求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知D級(jí)GPS控制點(diǎn)，基準(zhǔn)站架設(shè)在S1和S2近中點(diǎn)的兩層房頂上，由S1、S2、S3計(jì)算得到的參數(shù)符合規(guī)范要求。Ⅱ－Ⅲ－Ⅳ－Ⅴ控制網(wǎng)處于參數(shù)覆蓋范圍外，Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ距離基準(zhǔn)站點(diǎn)≤3.2 km，Ⅲ－Ⅳ－Ⅳ距離基準(zhǔn)站點(diǎn)≤4 km，L1－L2為參數(shù)覆蓋范圍向西南外擴(kuò)500 m的范圍線。

圖1 測(cè)區(qū)控制示意圖

圖2 道路走向及RTK控制點(diǎn)分布示意圖

3.2 不同區(qū)域點(diǎn)位精度

以下依據(jù)上述特殊測(cè)區(qū)進(jìn)行RTK測(cè)量，分析在參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下及測(cè)點(diǎn)離基準(zhǔn)站的距離對(duì)RTK平面、高程精度的影響，從而定量地分析RTK的適用范圍。

(1)區(qū)域劃分

圖1中A區(qū)域?yàn)殡x基準(zhǔn)站距離3.2 km與離參數(shù)覆蓋范圍外擴(kuò)500 m內(nèi)側(cè)所交，豎線表示；B區(qū)域?yàn)殡x基準(zhǔn)站距離3.2 km～4 km之間與離參數(shù)覆蓋范圍外擴(kuò)500 m內(nèi)側(cè)所交，45°斜線表示；C區(qū)域?yàn)殡x基準(zhǔn)站距離3.2 km～4 km之間與離參數(shù)覆蓋范圍外擴(kuò)500 m外側(cè)所交，網(wǎng)格線表示，此區(qū)域“L”形中部的拐角處為山體開(kāi)挖部分，道路兩側(cè)有山體及茂密龍眼林；D區(qū)域?yàn)殡x基準(zhǔn)站距離超過(guò)4 km的部分與離參數(shù)覆蓋范圍外擴(kuò)500 m內(nèi)側(cè)所交，135°斜線表示；E區(qū)域?yàn)閰?shù)覆蓋范圍內(nèi)與離基準(zhǔn)站 4 km之間的交叉部分，橫線表示。

(2)作業(yè)方式及精度統(tǒng)計(jì)

路線Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ－Ⅳ－Ⅴ分別穿過(guò)A、C、B、D區(qū)域，用中海達(dá)V8 GPS接收機(jī)(標(biāo)稱精度:平面 10 mm＋ 1 ppm；高程20 mm＋1 ppm)以RTK測(cè)量方式共布設(shè)40個(gè)平面控制點(diǎn)，相鄰點(diǎn)間平均邊長(zhǎng)在180 m左右，這些控制點(diǎn)都以四等水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)得其水準(zhǔn)高。第一次利用這些成果進(jìn)行該項(xiàng)目的竣工測(cè)量，發(fā)現(xiàn)測(cè)得的“L”形道路拐角處中線交點(diǎn)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)存在一定的偏差，在RTK點(diǎn)設(shè)站、定向后采集的定向點(diǎn)坐標(biāo)與定向點(diǎn)的已知坐標(biāo)有不規(guī)律的偏差，全站儀量測(cè)的相鄰兩RTK點(diǎn)的距離與坐標(biāo)反算的距離也有偏差(邊長(zhǎng)較差見(jiàn)表1)，所以我們首先懷疑RTK布設(shè)的控制點(diǎn)精度有問(wèn)題，后來(lái)再在不同日期的上午、下午共測(cè)得4次RTK成果，發(fā)現(xiàn)它們的數(shù)據(jù)也不盡相同，最后再利用全站儀測(cè)距和RTK坐標(biāo)反算距離來(lái)推測(cè)粗差。通過(guò)這幾次測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)比較分析，得出RTK測(cè)量成果在特殊測(cè)區(qū)在不同區(qū)域的點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)表，如表1所示。

RTK測(cè)點(diǎn)精度統(tǒng)計(jì)表 表1

RTK平面控制測(cè)量技術(shù)要求 表2

RTK高程控制測(cè)量技術(shù)要求 表3

(3)數(shù)據(jù)分析

參考規(guī)范的技術(shù)指標(biāo)(詳見(jiàn)表2和表3)[3]，分析表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):

①A區(qū)無(wú)論平面還是高程都可以達(dá)到很高的精度，甚至能達(dá)到儀器的標(biāo)稱精度，說(shuō)明在離基準(zhǔn)站不是很遠(yuǎn)的情況下，參數(shù)覆蓋范圍外的部分區(qū)域的點(diǎn)位精度也是有保證的(此例約為500 m)。

②B區(qū)與A區(qū)比較，平面精度降低，高程精度無(wú)明顯變化，說(shuō)明在參數(shù)影響相同的情況下，離基準(zhǔn)站的距離越遠(yuǎn)，平面精度降低；而在離基準(zhǔn)站一定范圍內(nèi)(本例4 km)，點(diǎn)位高程受離基準(zhǔn)站的距離影響比較小。

③C區(qū)與B區(qū)比較，在離基準(zhǔn)站等距離的情況下，參數(shù)覆蓋范圍對(duì)點(diǎn)位平面精度影響迅速而強(qiáng)烈。

④D區(qū)與B區(qū)比較，點(diǎn)位的平面及高程精度都有所降低，說(shuō)明在離基準(zhǔn)站一定范圍外(本例4 km)點(diǎn)位精度受參數(shù)覆蓋范圍與離基準(zhǔn)站距離的共同影響。

⑤C、D區(qū)域的點(diǎn)位平面坐標(biāo)、高程互差變動(dòng)比較大，說(shuō)明此區(qū)域的平面坐標(biāo)及高程一致性比較差，間接說(shuō)明此區(qū)域坐標(biāo)精度較低。點(diǎn)位最差點(diǎn)為在C區(qū)域“L”形道路的拐角處的K20、K21、K22點(diǎn)，此三點(diǎn)的多次RTK測(cè)量較差見(jiàn)表4，考慮到此處為山體開(kāi)挖部分，地勢(shì)不開(kāi)闊，RTK信號(hào)受到周?chē)襟w及樹(shù)林的影響導(dǎo)致精度過(guò)低。

K20、K21、K22 RTK測(cè)量值較差 表4

在本例后期布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)，不采用其RTK值，而是選取A、B區(qū)域點(diǎn)位精度良好的點(diǎn)作起算點(diǎn)測(cè)設(shè)城市二級(jí)導(dǎo)線覆蓋C、D區(qū)域。

⑥A、B、D、E等參數(shù)覆蓋區(qū)域(包括外推500 m) RTK平面高程精度能滿足規(guī)范規(guī)定的地形碎部點(diǎn)精度要求的，在離基準(zhǔn)站一定范圍內(nèi)(本例4 km)的A、B、E區(qū)域能滿足規(guī)范規(guī)定的圖根控制點(diǎn)精度要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜合分析本例數(shù)據(jù)，可以得到如下結(jié)論:

(1)在距離基準(zhǔn)站一定距離(本例3.2 km)且在參數(shù)覆蓋范圍(本例E區(qū)域)及其外擴(kuò)一定范圍內(nèi)(本例500 m，A區(qū)域)，即使是在參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下，RTK測(cè)量的點(diǎn)位精度仍然有保證。

(2)RTK測(cè)量精度受參數(shù)覆蓋范圍、與離基準(zhǔn)站的距離、基準(zhǔn)站點(diǎn)位精度以及RTK信號(hào)強(qiáng)度、干擾的共同影響，參數(shù)覆蓋范圍對(duì)點(diǎn)位平面精度影響多過(guò)對(duì)點(diǎn)位高程精度影響，離基準(zhǔn)站距離遠(yuǎn)近對(duì)高程的影響多過(guò)對(duì)平面的影響；RTK信號(hào)強(qiáng)度、干擾對(duì)精度的影響具有隨機(jī)性，無(wú)法準(zhǔn)確判斷。

(3)在距離基準(zhǔn)站一定距離(本例4 km)，在參數(shù)范圍內(nèi)及其外擴(kuò)一定距離(本例500 m)，點(diǎn)位平面、高程精度均能得到保證。

[1] CH/T 2009－2010.全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 黃聲享，郭英起，易慶林.GPS在測(cè)量工程中的應(yīng)用[M].北京:測(cè)繪出版社，2007

[3] 張宏，劉學(xué).RTK定位測(cè)量的誤差分析及提高精度的關(guān)鍵[J].城市勘測(cè)，2007(1):18

[4] GB/T 18314－2009.全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范[S].

[5] CJJ/T 73－2010.全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程[S].

[6] GB50026－2007.工程測(cè)量規(guī)范[S].

重慶市規(guī)劃管理進(jìn)入三維仿真時(shí)代

(本刊訊)近日，重慶市規(guī)劃局正式發(fā)布《渝規(guī)發(fā)【2012】19號(hào)》文件，規(guī)定:自今年4月1日起，重慶市主城區(qū)全面試行三維仿真系統(tǒng)輔助規(guī)劃管理新模式，即在規(guī)劃用地選址、方案審查、審定及竣工規(guī)劃核實(shí)環(huán)節(jié)均采用建筑三維仿真系統(tǒng)輔助項(xiàng)目管理，至此，重慶市規(guī)劃管理工作進(jìn)入三維仿真時(shí)代。三維仿真作為一種新興的空間信息技術(shù)，近年來(lái)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始全面建設(shè)，在國(guó)內(nèi)也有多個(gè)城市開(kāi)展應(yīng)用，此次三維仿真系統(tǒng)正式被納入重慶市規(guī)劃報(bào)建流程，也使重慶市成為繼寧波、廣州之后實(shí)行三維仿真輔助規(guī)劃管理的城市。

近年來(lái)，針對(duì)重慶山地城市的特點(diǎn)，重慶市規(guī)劃局下屬重慶市勘測(cè)院在三維仿真建設(shè)方面做了大量工作。一是編制了重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)《城市三維建模技術(shù)規(guī)范》，并由重慶市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局向社會(huì)發(fā)布；二是完成了主城區(qū)建成區(qū)的三維現(xiàn)狀模型覆蓋工作；三是開(kāi)展了面向城市規(guī)劃管理、招商引資、開(kāi)發(fā)建設(shè)、地上地下一體化管理等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件獲得國(guó)內(nèi)多項(xiàng)大獎(jiǎng)；四是在三維仿真技術(shù)領(lǐng)域培養(yǎng)了一批具備豐富技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的人才隊(duì)伍。此次將三維仿真納入規(guī)劃管理程序，體現(xiàn)了未來(lái)城市規(guī)劃管理向立體化、數(shù)字化發(fā)展的趨勢(shì)，將有力加強(qiáng)對(duì)已有成果的應(yīng)用，顯著推進(jìn)我市規(guī)劃工作可視化、精細(xì)化管理。

(重慶市勘測(cè)院 李淑榮、張秋供稿)

The Practicality Analysis of RTK for Speciae Area

Hong Jinshan
(Zhangzhou Institute of Surveying and Mapping，Zhangzhou 363000，China)

This paper analyzes the error sources of RTK measurement，comparative and statistics the plane and elevation precision of RTK by example on a road construction surveying control network of RTK，quantitative analysis of the applicable control range in the adverse conditions of RTK network.

Real Time Kinematic(RTK)；Errors；Precision

2011—11—24

洪錦山(1969—)，男，高級(jí)工程師，主要從事城市規(guī)劃測(cè)量、城市市政道路測(cè)繪等測(cè)繪工程。

1672－8262(2012)02－107－04

P228

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