RTK技術(shù)及其在地物補測中的應(yīng)用研究

賈雅斐

（寧夏煤礦設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 寧夏 銀川 750011）

0 引言

RTK 與靜態(tài)測量有著明顯的區(qū)別，后者是用兩臺或兩臺以上GPS接收機同步觀測，對觀測值進行處理，可得到兩測站間精密的WGS-84 基線向量，再經(jīng)過平差、坐標(biāo)傳遞、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等工作，最終得到測點的坐標(biāo)。顯然靜態(tài)測量不具備實時性。RTK 定位技術(shù)則是實時動態(tài)測量，需要在兩臺GPS 接收機之間增加一套無線數(shù)字通訊系統(tǒng)（亦稱數(shù)據(jù)鏈），將兩相對獨立的GPS 信號接收系統(tǒng)連成有機的整體。

1 RTK 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解

1.1 求解轉(zhuǎn)換參數(shù)

根據(jù)RTK 的原理， 基準(zhǔn)站和流動站直接采集的都為WGS-84 坐標(biāo)，基準(zhǔn)站一般以一個WGS-84 坐標(biāo)作為起始值來發(fā)射，實時地計算點位誤差并由電臺發(fā)射出去，流動站同步接收WGS-84 坐標(biāo)并通過電臺來接收基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，條件滿足后就可達(dá)到固定解，流動站就可實時得到高精度的相對于基準(zhǔn)站的WGS-84 三維坐標(biāo)，這樣就保證了基準(zhǔn)站與流動站之間的測量精度。 如果要符合到已有的橢球坐標(biāo)系點上， 需要把WGS-84 坐標(biāo)系統(tǒng)和現(xiàn)有坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)求出來。

因此，想要流動站得到精確的國家或地方坐標(biāo)和高程，一要，在基準(zhǔn)站輸入WGS-84 系坐標(biāo)；二要，在流動站輸入WGS-84 系與國家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。 WGS-84 系坐標(biāo)由GPS 實地測量而得，WGS-84 系與國家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)通常由三參數(shù)法和七參數(shù)法求解。三參數(shù)法是通過求解兩不同坐標(biāo)系中X、Y、Z 的平移量來實現(xiàn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，在控制區(qū)內(nèi)有一點就能實現(xiàn)。 七參數(shù)法，通過求解兩不同坐標(biāo)系中的三個平移變量、三個旋轉(zhuǎn)變量和一個比例參數(shù)，測區(qū)內(nèi)有三點就能實現(xiàn)。 對于測區(qū)面積小于80km×80km 的情況下，一般用三參數(shù)法，七參數(shù)法適用于測區(qū)面積約為80km×80km， 但求解的旋轉(zhuǎn)參數(shù)不得大于10〞。

三參數(shù)和七參數(shù)是不能同時使用的，兩者只能選其一，七參數(shù)相對于四參數(shù)來說可以認(rèn)為是更準(zhǔn)確、精度更高，有條件的話盡量使用七參數(shù)。 但在具體測量時根據(jù)實際需要和現(xiàn)有情況確定選擇哪種參數(shù)。 在進行RTK 作業(yè)時把參數(shù)輸入到手簿中， 并在已知點上進行檢核，以確保其準(zhǔn)確性。無論線路坐標(biāo)系采用的是國家坐標(biāo)系、城市坐標(biāo)系或工程獨立坐標(biāo)系，該模型均適用。

1.2 點校正

（1）基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換求解轉(zhuǎn)換參數(shù)；

（2）對正常轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)進行校正。

TGO 中選擇“測量 點校正”后便可進行點校正的相關(guān)工作，并把求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)應(yīng)用于整個網(wǎng)中進行計算。

不僅在測量軟件中能進行點校正，在手簿中也能點校正。 RTK 校正參數(shù)從原理上說參考站每次開機都需要重新校正，如果參考站架設(shè)在同一地點， 且每次開機發(fā)射的WGS-84 坐標(biāo)都已經(jīng)通過設(shè)置來固定，那么校正參數(shù)就不需要再重新求解。Trimble Survey Controller 軟件可以設(shè)置為參考站發(fā)射坐標(biāo)固定，這種方法因局限于參考站每次只能架設(shè)在同一個點上，因此很少采用。 所以每次開機校正一次是最常用的方法，這種方法參考站可以在已知點上，也可以在未知點上，但每次都需要一個已知點。 如果參考站在已知點，那么流動站可以在任何地方輸入?yún)⒖颊咀鴺?biāo)來校正；參考站在未知點，流動站必需到已知點上輸入流動站坐標(biāo)進行校正。 校正參數(shù)只是一個點的三維改正值，它默認(rèn)了使用點所在的坐標(biāo)系與WGS-84 坐標(biāo)系北方向是一致的，但實際情況并非如此， 隨著距離的增大RTK 測量結(jié)果會和已知坐標(biāo)系產(chǎn)生越來越大的偏移量，誤差也會越大。 如果是假定近似直角坐標(biāo)就沒有這種距離限制， 因為通常假定的坐標(biāo)北方向與WGS-84 方向是一致的。

以上是求參數(shù)的方法，在實際工作中，轉(zhuǎn)換參數(shù)是一個很重要的問題，所以一定要正確求取，最好留一些點進行檢查，以實時把握參數(shù)的精度。

2 控制點數(shù)據(jù)采集

GCP（地面控制點）是指該點在圖像上的準(zhǔn)確位置和該點在地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)是已知的（亦即航測中的像片控制點），它是衛(wèi)星遙感影像幾何糾正和地理定位的重要基準(zhǔn)數(shù)據(jù)源。 GCP 的數(shù)量、分布和精度等因素將直接影響影像幾何糾正的結(jié)果，所以選取足夠的、高質(zhì)量的GCP 對于遙感數(shù)據(jù)后續(xù)處理至關(guān)重要。 GCP 的數(shù)量取決于：

從《隱居》出版的那天起，輿論界便形成了一個根深蒂固的想法： 我是別列多諾夫[40]或斯麥爾佳科夫。 Merci[謝謝]。[3]359

（1）影像校正采用的數(shù)學(xué)模型；

（2）GCP 采集方式或來源；

（3）研究區(qū)地形物理條件；

（4）影像類型和處理級別；

（5）成圖精度要求；

（6）所采用的軟件平臺。

GCP 的類型有平高點、平面點、高程點、檢查點、連接點。

由于非參數(shù)模型不能反映影像獲取時的幾何關(guān)系， 也不能過濾GCP 誤差，要比參數(shù)模型需要的GCP 數(shù)目多，才能達(dá)到降低輸入幾何模型誤差的目的。如果想達(dá)到與影像分辨率統(tǒng)一量級的制圖或定位精度，需要的實際GCP 數(shù)目是模型要求最少控制點數(shù)目的兩倍。 當(dāng)用一階3D 有理函數(shù)模型，采用數(shù)據(jù)自帶的RPC 參數(shù)時，1-10 個GCP 就夠了。 當(dāng)處理的影像多于一景時，每景影像都需要提供模型要求數(shù)量的GCP， 目前有理函數(shù)模型也可以支持區(qū)域平差。 由于非參數(shù)模型對GCP 的分布、數(shù)量非常敏感，因此GCP 的水平和垂直分布都要好。 對于3D 參數(shù)模型，每景影像需要1-6 個GCP。 當(dāng)同時處理多景影像時，通過區(qū)域平差處理，使用連接點TP 可以減少對GCP 的需要。 參數(shù)模型的置信度、一致性和穩(wěn)健性比非參數(shù)模型要高，在生產(chǎn)環(huán)境下，一般不需要增加GCP 的數(shù)量。GCP 最好分布在影像的邊緣避免平面外插，在不同的高程下，特別是最高點和最低點最好有GCP。當(dāng)然，不像非參數(shù)模型對GCP 的水平和垂直均勻分布有嚴(yán)格的要求。

為了控制一景或幾景影像， 達(dá)到一定的精度，GCP 必須滿足一定的位置和分布。 通常，我們要求GCP 分布均勻，并且影像的四角附近均要有一個GCP，這樣才能充分控制成圖區(qū)域的精度，當(dāng)?shù)匦胃卟钶^大時，GCP 的垂直分布也非常重要， 在最高和最低點或其附近需要有GCP。 對于單景影像，一般需要6 個控制點，每個角一個控制點，中心區(qū)分布兩個控制點。 對于涉及多景的區(qū)域，對于GCP 的要求不一樣，主要考慮因素是區(qū)域范圍和景的分布結(jié)構(gòu)，需要具體情況具體對待。

GCP 應(yīng)選擇在攝影測量過程中可以精確到點的特征位置，所選特征與背景反差要大，最好是直角轉(zhuǎn)彎處，這樣GCP 定位相對容易。 理想的GCP 可以是水泥人行道交叉處或水泥地的角， 特別是與周圍地物反差較大的點。主要的交叉路口，沒有樹、建筑和電線且分布在公共場地。期次，是與相鄰道路相連的行車路，院子里的人行路和與柏油馬路上的水泥排水溝，交叉的人行路或停車場的角。 如果在鄉(xiāng)村采集控制點，具有城市特征的地物一般很難找到，籬笆和小路的交叉口，如果角度近于直角便可用作控制點。 GCP 要位于近地平面，不受陰影和透視對GCP 位置測量的影響，在影像中必須是恒久地物，選定后詳細(xì)描述以免類似特征混淆。

3 RTK 技術(shù)在地物補測中的應(yīng)用

對于遙感影像上有云霧遮擋、 新增地物以及地物變動的區(qū)域，為了保證調(diào)繪精度的可靠性， 需要采用RTK 技術(shù)對無法直接調(diào)繪的區(qū)域進行測量，測量中在通視條件好的開闊區(qū)域架設(shè)基準(zhǔn)站，流動站分別對變更地物逐一測量， 全部測量完成后再將成果展繪到南方CASS中，展繪圖像要求能與未變更的調(diào)繪圖像完全套合。 在測量過程中重點核實遙感影像圖中新增建設(shè)用地，改動的耕地以及云霧遮擋的或其它因素導(dǎo)致的難以識別的地物，在遙感影像圖中用兩種顏色標(biāo)明變化圖斑的類型，紅色圖框表示已確認(rèn)變化的圖斑，藍(lán)色圖框表示可疑變化圖斑。

3.1 農(nóng)用地地類分布情況調(diào)查

利用2006 年遙感正射影像圖現(xiàn)場重點調(diào)查農(nóng)用地地類變化情況，確認(rèn)圖上標(biāo)注的農(nóng)用地、未利用土地的地類是否與實地現(xiàn)狀一致，如農(nóng)業(yè)內(nèi)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)退耕、土地開發(fā)復(fù)墾整理情況，特別是旱地、菜地、未利用土地的表示情況。

3.2 線狀地物核實

確認(rèn)新增線狀地物的地類、權(quán)屬、位置、寬度，寬度要精確測量，同時標(biāo)注在遙感圖和遙感監(jiān)測調(diào)查表上。

3.3 核查權(quán)屬界線

首先在圖上確認(rèn)各級行政界線的位置和走向是否正確，對不準(zhǔn)確的界線進行核實，將正確的界線在圖上用黑色進行調(diào)整和標(biāo)注，不正確的界線打“X”標(biāo)注。

3.4 圖幅接邊處地類核查

對遙感圖中在圖廓線上標(biāo)注紅圈的位置，必須現(xiàn)場核實其圖斑的地類，確保圖幅線兩側(cè)地類與實地嚴(yán)格一致。

4 提高RTK 測量精度的方法

4.1 先通過權(quán)威部門測試儀器硬件和軟件性能， 其檢查結(jié)果需要符合相關(guān)規(guī)定。

4.2 檢查儀器水平氣泡和對中氣泡是否合格。

4.3 基準(zhǔn)站選擇在通視條件良好，無大型磁場干擾的區(qū)域，一般情況下，該區(qū)域所接收到的衛(wèi)星數(shù)量應(yīng)不少于7 顆。

4.4 在有衛(wèi)星干擾的地方，初始化速度較慢，有時即使顯示為固定解其精度仍然不高，這就需要等待片刻，等手簿顯示水平和高程精度比較理想后再施測。

4.5 精確求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，這時需要保證已知控制點相對精度，控制點數(shù)量足夠且分布合理，還要準(zhǔn)確計算地方已知控制點坐標(biāo)和WGS-84的相關(guān)參數(shù)，對于長距離或大范圍測量，需要分段求解參數(shù)，確保其轉(zhuǎn)換精度。

4.6 最后，對于不同性能的RTK，基準(zhǔn)站和流動站的相對距離根據(jù)各種RTK 性能的不同和測區(qū)地形條件影像等因素，其距離不宜過長。

4.7 觀測成果要注意檢核， 即在測量前到已知點檢核和測量中根據(jù)不同基準(zhǔn)站對部分點重復(fù)測量進行檢核。

5 結(jié)束語

RTK 技術(shù)以其速度快、 精度高等特點對于遙感影像所表現(xiàn)出來的不足之處，如影像校正和地物補測等內(nèi)容加以互補，它可以通過實地量測的方式彌補這些缺陷，從而提高了成果的可靠性。

［1］高照忠.基于3S 技術(shù)的土地利用更新調(diào)查的應(yīng)用研究[D].云南:昆明理工大學(xué),2007.

［2］關(guān)元秀. 高分辨率衛(wèi)星影像處理指南[M].北京:科學(xué)出版社，2008.