RTK技術(shù)代替圖根導(dǎo)線控制測(cè)量的探討＊

郭 敏，傅建春

（河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作454003）

0 引 言

RTK技術(shù)具有實(shí)時(shí)、定位精度高、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于地形圖測(cè)繪、工程測(cè)量放樣、碎部測(cè)量等領(lǐng)域。隨著RTK技術(shù)的不斷完善，RTK測(cè)量的初始化速度、成果精度及可靠性會(huì)越來越高，且不存在誤差累積問題。采用導(dǎo)線測(cè)量方法進(jìn)行圖根控制，不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，還要求點(diǎn)間通視、點(diǎn)分布均勻[1－5]。因此，RTK觀測(cè)成果的精度及可靠性即RTK能不能代替全站儀導(dǎo)線測(cè)量，一直是測(cè)繪作業(yè)人員所關(guān)心的問題。為了將RTK更好地應(yīng)用于圖根控制測(cè)量，有必要對(duì)RTK代替導(dǎo)線測(cè)量的精度進(jìn)行分析探討。

1 試驗(yàn)分析

1.1 試驗(yàn)區(qū)簡(jiǎn)介

測(cè)區(qū)位于河南理工大學(xué)新校區(qū)，總體上地勢(shì)較為平坦，建筑物平均高度較低，沒有高大樹木。在進(jìn)行測(cè)量工作前，收集了測(cè)區(qū)相應(yīng)的資料。采用的儀器為中海達(dá)RTK－V30，拓普康225全站儀。以K01－0602為已知導(dǎo)線邊，做一個(gè)閉合導(dǎo)線（如圖1所示），用全站儀、RTK分別測(cè)量并計(jì)算出其它各點(diǎn)的坐標(biāo)。

1.2 作業(yè)依據(jù)及過程

圖1 測(cè)區(qū)布點(diǎn)導(dǎo)線圖

1.2.1 作業(yè)依據(jù)

試驗(yàn)區(qū)點(diǎn)間距離比較近，符合三級(jí)導(dǎo)線距離要求，導(dǎo)線規(guī)范參見《導(dǎo)線測(cè)量的主要技術(shù)要求》，該控制網(wǎng)是為了后續(xù)測(cè)圖實(shí)習(xí)用（比例尺為1：1 000圖）。RTK測(cè)量主要技術(shù)要求見《RTK平面控制點(diǎn)測(cè)量主要技術(shù)要求》和《RTK平面控制點(diǎn)測(cè)量主要技術(shù)要求》。根據(jù)以上作業(yè)依據(jù)，用RTK－V30、全站儀分別實(shí)施。

1.2.2 RTK的作業(yè)過程

1）建立新項(xiàng)目，定義坐標(biāo)系統(tǒng)：新建一個(gè)項(xiàng)目，并在該項(xiàng)目里設(shè)置好坐標(biāo)系統(tǒng)，其中包括橢球參數(shù)、投影參數(shù)等，如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目設(shè)置參數(shù)

2）設(shè)置并啟動(dòng)基準(zhǔn)站：將基準(zhǔn)站架設(shè)在控制點(diǎn)K01上，該點(diǎn)位于春秋大道上路中間，上空開闊，沒有強(qiáng)電磁干擾，多路徑誤差影響小。正確連接好各儀器，打開儀器，設(shè)置基準(zhǔn)站各參數(shù)，其中衛(wèi)星截止高度角為15°等。

3）設(shè)置移動(dòng)站：設(shè)置接收機(jī)信息，包括選擇內(nèi)置電臺(tái)或GPRS等，在天線高處修改天線高，其它參數(shù)包括通訊等與基準(zhǔn)站一致。

4）求解轉(zhuǎn)換參數(shù)：通常需要在流動(dòng)站上實(shí)時(shí)顯示國(guó)家坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，這需要進(jìn)行坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。加入了3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校正，這三個(gè)點(diǎn)分布均勻，避免投影變形過大，利于提高數(shù)據(jù)可靠性。如果在局域坐標(biāo)系統(tǒng)中工作或任何坐標(biāo)系統(tǒng)下進(jìn)行測(cè)量和放樣工作，可以直接采用點(diǎn)校正方式建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方式，平面至少3個(gè)點(diǎn)；如果進(jìn)行高程擬合則至少要有4個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)參與點(diǎn)校正。

5）碎部測(cè)量：在主菜單上選擇“測(cè)量”——“碎步測(cè)量”，對(duì)測(cè)量碎步點(diǎn)進(jìn)行保存。對(duì)精度不高的點(diǎn)進(jìn)行重測(cè)等。

1.2.3 全站儀測(cè)量成果

閉合導(dǎo)線圖如圖1所示，應(yīng)用的已知點(diǎn)信息如表1所示。

表1 已知控制點(diǎn)坐標(biāo)

根據(jù)提供的2個(gè)已知控制點(diǎn)和12個(gè)臨時(shí)點(diǎn)，布設(shè)閉合導(dǎo)線（如圖1所示）。使用拓普康GTS全站儀對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行2個(gè)測(cè)回測(cè)量，共計(jì)13條邊。利用表1數(shù)據(jù)，得出各圖根控制點(diǎn)的坐標(biāo)如表2所示。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 RTK的測(cè)量成果和導(dǎo)線測(cè)量的對(duì)比

從四個(gè)已知控制點(diǎn)（三個(gè)已知點(diǎn)用來求解參數(shù)，一個(gè)用來檢核）中選擇位置較開闊且位于測(cè)區(qū)中央的點(diǎn)為基站，進(jìn)行RTK觀測(cè)，每一流動(dòng)站均初始化觀測(cè)2次，采樣間隔為10s，每次觀測(cè)20個(gè)歷元，當(dāng)觀測(cè)平面坐標(biāo)收斂精度小于2cm時(shí)，再進(jìn)行記錄，同時(shí)把觀測(cè)精度記錄在RTK外業(yè)觀測(cè)手簿上。兩次觀測(cè)結(jié)果互差不能大于5cm，取兩次觀測(cè)成果的平均值作為最終平面成果，相當(dāng)于一級(jí)圖根等級(jí)，其測(cè)量成果如表3所示。

表2 全站儀測(cè)量成果

表3 RTK測(cè)量成果

將導(dǎo)線測(cè)量成果與RTK測(cè)量成果的數(shù)據(jù)成果對(duì)比，得到結(jié)果如表4所示，由表4的坐標(biāo)差和高程差可以看出RTK完全可以代替相應(yīng)的導(dǎo)線測(cè)量。

表4 導(dǎo)線和RTK成果的坐標(biāo)差和高差

若不直接采用RTK觀測(cè)，通常要先利用這2個(gè)已知控制點(diǎn)及部分臨時(shí)點(diǎn)，用靜態(tài)觀測(cè)E級(jí)（相當(dāng)導(dǎo)線一級(jí)）GPS點(diǎn)，再根據(jù)情況加密二級(jí)導(dǎo)線進(jìn)行圖根控制。這樣逐級(jí)控制，精度當(dāng)然有一定損失。若越級(jí)控制，四等點(diǎn)并非都兩兩通視，導(dǎo)線全長(zhǎng)和邊長(zhǎng)就不能保證完全符合規(guī)程的要求。測(cè)量的精度最終反映在所提交地形圖的精度上，而多級(jí)控制的目的就是要求所測(cè)繪的地形圖滿足規(guī)范的要求，因此，只要圖根點(diǎn)精度滿足要求即可滿足需要[3－5]。

2 精度分析及相關(guān)措施

2.1 RTK的精度評(píng)定

2.1.1 RTK測(cè)量中的多組觀測(cè)

傳統(tǒng)測(cè)量中，在相同的觀測(cè)條件下，對(duì)未知量進(jìn)行多次重復(fù)的觀測(cè)，并取多個(gè)觀測(cè)值的算術(shù)平均值作為未知量的最或然值，但RTK測(cè)量中，歷元之間的觀測(cè)條件是不同的，并且無法給各歷元的觀測(cè)量的權(quán)，是否可以利用多歷元取算術(shù)平均值的方法得到未知量的最或然值[6－9]？對(duì)此，對(duì)土木樓前的 0601控制點(diǎn)（X ＝3 895 500.928，Y ＝431 931.921，H＝95.059）點(diǎn)進(jìn)行了觀測(cè)試驗(yàn)分析，具體試驗(yàn)方法為：以10s作為觀測(cè)采集單元，分別對(duì)該點(diǎn)作30組觀測(cè)量，并記錄下每個(gè)單元的3維坐標(biāo)，分別以5，10，15，20，25，30為一組，代人下式：

分別求得點(diǎn)位差，進(jìn)行分析，部分結(jié)果如表5所示。

表5 RTK觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由此可見，在RTK測(cè)量中，對(duì)多個(gè)觀測(cè)量取算術(shù)平均值精度幾乎得不到提高，原因在于，依靠差分技術(shù)雖然消除和減弱了一部分GPS觀測(cè)誤差，但系統(tǒng)性誤差仍在。此外，WGS－84大地坐標(biāo)在向地方平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過程中，不可避免地會(huì)有轉(zhuǎn)換模型誤差以及原有控制點(diǎn)誤差的引入，這部分誤差也屬系統(tǒng)性誤差，不能通過取算術(shù)平均值的方法減弱。如果基準(zhǔn)站和流動(dòng)站某歷元共視4顆以上衛(wèi)星，就可以根據(jù)最小二乘法求解流動(dòng)站該歷元的3維坐標(biāo)和3維坐標(biāo)的中誤差Mx，My，Mh.在RTK系統(tǒng)中，此結(jié)果可在控制終端進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。若流動(dòng)站在某一測(cè)點(diǎn)共觀測(cè)了N個(gè)歷元，N個(gè)歷元的測(cè)點(diǎn)3維坐標(biāo)算數(shù)平均值的中誤差由式（1）計(jì)算。顯然，由于系統(tǒng)誤差的明顯影響，此精度指標(biāo)并不能代表實(shí)際的精度。

2.1.2 提高精度的措施

1）采用雙頻接收機(jī)，減少電離層殘差，提高定位精度；2）減少多路徑誤差[7]，選點(diǎn)應(yīng)視野開闊，避開大面積的水域、高大建筑物、強(qiáng)烈干擾信號(hào)的物體等；3）盡量應(yīng)用高精度的點(diǎn)參與點(diǎn)校正，提高轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度。總之，應(yīng)盡量削弱各種誤差的影響。

3 結(jié) 論

通過試驗(yàn)，在沒有特殊要求的條件下，采用單基站雙次觀測(cè)完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光電測(cè)距圖根導(dǎo)線控制測(cè)量，能滿足精度要求，并提高了作業(yè)效率。

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