GPS-RTK在農(nóng)村宅基地調(diào)查中的運(yùn)用及質(zhì)量控制

馬忠衛(wèi)，戴友剛，翟輝

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210018)

GPS-RTK在農(nóng)村宅基地調(diào)查中的運(yùn)用及質(zhì)量控制

馬忠衛(wèi)，戴友剛，翟輝

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210018)

以鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目為例，分析了影響GPS-RTK測點(diǎn)平面精度和可靠性的因素，并提出了RTK測點(diǎn)質(zhì)量控制的措施。指出GPS-RTK測量必須提高可靠性，只要多檢驗(yàn)，多比較，特別是和已有控制點(diǎn)的比較檢驗(yàn)，就能提高可靠性。

GPS;RTK;精度;質(zhì)量控制;江蘇鎮(zhèn)江

0 引言

GPS-RTK采用了載波相位動態(tài)實(shí)時差分技術(shù)，在測繪領(lǐng)域里是一次技術(shù)革命，它改變了傳統(tǒng)的測量模式。隨著RTK實(shí)時動態(tài)技術(shù)整周模糊度能夠在很短的時間內(nèi)被確定，從而保證了RTK技術(shù)在野外實(shí)時得到厘米級的定位精度，簡化了常規(guī)控制測量，從而大大提高了工作效率。鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目調(diào)查區(qū)位于農(nóng)村地區(qū)，外界環(huán)境非常適合RTK技術(shù)的運(yùn)用。操作中在C、D、E級GPS控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上采用RTK技術(shù)布設(shè)圖根控制點(diǎn)，并對成果的精度和可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)。筆者就影響RTK測點(diǎn)平面精度和質(zhì)量控制的因素進(jìn)行分析。

1 GPS-RTK的作業(yè)模式及運(yùn)用

RTK測量模式，將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知控制點(diǎn)上，靜止觀測數(shù)分鐘，以便進(jìn)行初始化工作。之后流動站按預(yù)定的采樣時間間隔自動進(jìn)行觀測，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實(shí)時確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前，其定位的精度可達(dá)厘米級(周忠謨等，2002)。

各類研究報告顯示，RTK測量平面精度與常規(guī)測量的I級導(dǎo)線相當(dāng)，可以滿足各類測量的圖根控制精度要求。GPS-RTK測量以其精度高、實(shí)時性強(qiáng)的特點(diǎn)在各行業(yè)的測量工作中與常規(guī)方法結(jié)合得到了迅速推廣。RTK測量具備可以實(shí)時提供坐標(biāo)，無需進(jìn)行室內(nèi)計(jì)算，可以即測即用，各點(diǎn)之間不用通視，誤差不積累等特點(diǎn)。

本次鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目中，由于作業(yè)區(qū)處在農(nóng)村地區(qū)，視野較為開闊，GPS-RTK的測量環(huán)境好，因此大部分圖根控制點(diǎn)可采用RTK方法測定。

2 GPS-RTK施測的誤差來源(平面)

鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目中采用了二級布網(wǎng)。分二級布網(wǎng)的目的:一是建立首級網(wǎng)，提供精度較高的基準(zhǔn)站坐標(biāo);二是希望首級網(wǎng)中包含若干個己知地方坐標(biāo)系的公共點(diǎn)，以提高求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的精確性。

影響GPS-RTK施測精度的主要誤差來源如下。

(1)基準(zhǔn)站點(diǎn)位誤差m基。采用GPS-RTK技術(shù)施測控制點(diǎn)時，一般均為二級布網(wǎng)，首級網(wǎng)平均邊長小于5 km，要與3個以上C、D級控制點(diǎn)聯(lián)測，采用靜態(tài)觀測模式，時段長度大于60min，要求經(jīng)約束平差后最弱點(diǎn)點(diǎn)位中誤差小于±1 cm?；鶞?zhǔn)站應(yīng)選在地勢較高(或樓頂)的位置，以增加數(shù)據(jù)鏈作用距離。基準(zhǔn)站設(shè)置條件為:周圍視野開闊，無高大建筑物或高山阻擋;100 m內(nèi)無大的電磁波幅射源或高壓輸電線;GPS天線平面10°仰角以上無大片障礙物阻擋衛(wèi)星信號。

依據(jù)首級網(wǎng)的控制精度，設(shè)m基=±1 cm。

(2)實(shí)時動態(tài)(RTK)的觀測誤差m測。RTK測量系統(tǒng)中，至少需要2臺雙頻接收機(jī)，分別安置在基準(zhǔn)站與流動站上，接收機(jī)由主機(jī)、電源、天線、手簿、數(shù)據(jù)線、電纜、實(shí)時動態(tài)采集解算軟件等組成，目前主流GPS-RTK產(chǎn)品的標(biāo)稱精度均能達(dá)到:平面1+1×10－6×d cm。故在5 km施測范圍內(nèi)，設(shè)m測=±1.5 cm。

(3)基準(zhǔn)站與流動站的對中誤差m中?；鶞?zhǔn)點(diǎn)盡量采用強(qiáng)制對中設(shè)備，流動站的天線宜采用三角架或帶支架的對中桿，施測前應(yīng)對三角架上的整平氣泡和對中器進(jìn)行認(rèn)真檢校，這樣不僅減少了對中誤差，也提高了流動站天線的穩(wěn)定性，收斂速度加快，建議數(shù)據(jù)跳動變化在毫米位時進(jìn)行最終數(shù)據(jù)采集。設(shè)二站的對中整平綜合誤差m中=±1 cm。

(4)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的誤差m轉(zhuǎn)。眾所周知，GPS采用的是WGS-84坐標(biāo)系，而城市或工程測量一般采用1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系，它們所對應(yīng)的空間直角坐標(biāo)是不同的，不同坐標(biāo)系的坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)換可由7參數(shù)或4參數(shù)實(shí)現(xiàn)(李旋等，2010;楊禮平等，2011)，但由于施測公共轉(zhuǎn)換點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)時，殘留了求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的誤差m轉(zhuǎn)，設(shè)m轉(zhuǎn)=±0.5 cm。

(5)衛(wèi)星圖形強(qiáng)度因子PDOP的影響誤差m衛(wèi)。靜態(tài)或快速靜態(tài)模式的GPS測量中，要求同步有效衛(wèi)星觀測數(shù)不少于4或不少于5，衛(wèi)星分布的幾何圖形強(qiáng)度因子PDOP值應(yīng)小于6(GB/T 18314—2009)。在GPS-RTK的觀測過程中也應(yīng)十分關(guān)注衛(wèi)星的幾何圖形及同步有效衛(wèi)星個數(shù)大于6，但在實(shí)際GPS-RTK作業(yè)過程中，某些流動站處在一面遮擋或附近有水面、建筑物的多路徑干擾或有高壓線的影響，這一誤差源勢必給GPS-RTK的觀測成果帶來不同程度的影響，一般可設(shè)m衛(wèi)=±1 cm。這些誤差源也可能給GPS-RTK帶來粗差。因此，在GPS-RTK作業(yè)前應(yīng)查閱星歷表，合理選擇作業(yè)時間，也可在同一流動站點(diǎn)安排不同時段進(jìn)行雙觀測，以提高RTK成果的可靠性。

(6)GPS-RTK預(yù)期的平面點(diǎn)位精度。以上分析了GPS-RTK作業(yè)時的五大誤差來源，根據(jù)誤差傳播定律即可求得流動站點(diǎn)的預(yù)期平面點(diǎn)位中誤差m平。

(7)GPS-RTK測量和已知控制點(diǎn)的對比。表1是鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)農(nóng)村宅基地調(diào)查項(xiàng)目中GPS-RTK測量和已知控制點(diǎn)的成果比較。

表1 GPS-RTK測量和已知控制點(diǎn)的成果比較

3 RTK測點(diǎn)的質(zhì)量控制

研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性在95%～99%左右，另外，RTK比靜態(tài)GPS還多出諸如數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)瘸鲥e的機(jī)會。因此和GPS靜態(tài)測量相比，沒有靜態(tài)GPS測量的同步環(huán)、異步環(huán)及附合線路等約束條件，它是以基準(zhǔn)站為中心呈放射狀，以支點(diǎn)形式分布的散點(diǎn)，從而無法直接衡量其觀測精度，這就要求必須進(jìn)行質(zhì)量控制。根據(jù)實(shí)踐，較為有效的方法有以下幾種。

(1)己知點(diǎn)比較法。作為RTK測量起算數(shù)據(jù)的首級控制網(wǎng)，一般用GPS靜態(tài)獲得，具有很高的可靠性。為檢核坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、己知數(shù)據(jù)輸入及RTK測量各種過程的正確性，可以通過測量己知點(diǎn)并進(jìn)行成果對比的方式進(jìn)行檢查，這是一種十分有效的方法，可在任何情況下使用。

(2)重合點(diǎn)比較法。每次初始化成功后，或測量2～4h左右應(yīng)重合1～2個己測過的RTK點(diǎn)，以此來檢查基站設(shè)置的正確性和測量距離過長后可能產(chǎn)生的點(diǎn)位坐標(biāo)漂移誤差，這種方法可以在首站完成后設(shè)站時使用。

(3)雙基站檢測法。在測區(qū)內(nèi)同時建立2個以上基準(zhǔn)站，每個基準(zhǔn)站采用不同的頻率發(fā)送改正數(shù)據(jù)，流動站用變頻開關(guān)選擇性地分別接收每個基準(zhǔn)站的改正數(shù)據(jù)，從而得到2個以上解算結(jié)果，比較這些結(jié)果就可檢驗(yàn)其質(zhì)量狀況，這種方法工作效率較低，所以使用不多。

(4)和已知基線測量比較。在使用獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)的測區(qū)，往往缺少已知數(shù)據(jù)，在此情況下，可對已知基線的兩端進(jìn)行坐標(biāo)測定，以解算邊長與已知邊長進(jìn)行比較，這也從一定程度上對RTK成果進(jìn)行了檢核。

4 結(jié)論

GPS-RTK技術(shù)給測繪工作帶來了極大的便利，突破了傳統(tǒng)測量的界限。但GPS-RTK測量的質(zhì)量控制尤為重要，稍有不慎，便會造成整個工程返工，甚至造成不可挽回的損失。

只要多檢驗(yàn)、多比較，特別是和已知控制點(diǎn)的比較檢驗(yàn)，就能提高可靠性，在可靠性保證的情況下，再提高RTK測量的精度。

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Application of GPS-RTK and its quality control

MA Zhong-wei，DAI You-gang，ZHAI Hui
(Geological Survey of Jiangsu Province，Nanjing 200018，China)

Through practice for countryside homestead investigation in Dantu District of Zhenjiang City，the authors analyzed the affecting factors for the plane precision and reliability of GPS-RTK measuring points，brought up measures to control the quality of RTK measuring points.It was concluded that the measurement of GPS-RTK should improve reliability through inspection，comparison and especially the comparison with the known controlling points.

GPS;RTK;Precision;Quality control;Zhenjiang，Jiangsu

book=2,ebook=31

P228.4

A

1674－3636(2012)02－0203－03

10.3969/j.issn.1674-3636.2012.02.203

2011－12－27;

2012－02－18;編輯:侯鵬飛

馬忠衛(wèi)(1972—)，男，工程師，測繪專業(yè)，E-mail:10328667@qq.com