網(wǎng)絡(luò)RTK房產(chǎn)測(cè)量技術(shù)研究及在天津應(yīng)用案例分析

摘 要:GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是克服了普通RTK測(cè)量中測(cè)站間距的限制，它的有效距離可以達(dá)到幾十甚至上百公里，覆蓋面廣闊，但定位精度仍然可以達(dá)到厘米級(jí)，可靠性強(qiáng)。這也是CPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)能夠很快發(fā)展的原因之一。房產(chǎn)平面控制測(cè)量是城市房產(chǎn)測(cè)量的工作之一。本文以網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在房產(chǎn)平面控制測(cè)量中的應(yīng)用為研究對(duì)象，詳細(xì)分析了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在城市房產(chǎn)圖控制測(cè)量的步驟，流程和方法并結(jié)合天津的具體案例進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞:實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)技術(shù) 房產(chǎn)平面控制測(cè)量 GPS 工程案例

中圖分類號(hào):P2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)08(a)-0111-021 GPS網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的基本原理就是:在一個(gè)較為廣闊的區(qū)域均勻、稀疏的布設(shè)若干個(gè)(一般至少3個(gè))固定觀測(cè)站(稱為基準(zhǔn)站)，構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)站網(wǎng)，并以這些基準(zhǔn)站中的一個(gè)或多個(gè)為基準(zhǔn)，計(jì)算和播發(fā)改正信息，對(duì)該地區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星定位用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)改正。

其原理借鑒了廣域差分GPS(Wide Area DGPS，即WADGPS)和具有多個(gè)基準(zhǔn)站的局域差分GPS(Local Area DGPS，即LADGPS)的基本原理和方法。廣域差分GPS采用誤差分離技術(shù)，將GPS定位中的主要誤差源分別加以“模型化’夕，把偽距誤差分離為衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差和電離層誤差，并產(chǎn)生相應(yīng)的改正數(shù)。用戶利用廣域差分改正數(shù)改正GPS偽距誤差，以提高導(dǎo)航定位的精度。局域差分GPS(LADGPS)定位系統(tǒng)則向用戶提供綜合的DGPS改正信息— 觀測(cè)值改正，而不是提供單個(gè)誤差源的改正。與廣域差分GPS和局域差分GPS不同的是，GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)通過(guò)內(nèi)插法或線性組合法求得改正數(shù)，對(duì)載波相位進(jìn)行改正，而非對(duì)偽距或位置進(jìn)行改正。因?yàn)檫@三種類型的差分定位中，利用載波相位進(jìn)行的差分定位精度最高。

GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就是克服了普通RTK測(cè)量中測(cè)站間距的限制，它的有效距離可以達(dá)到幾十甚至上百公里，覆蓋面廣闊，但定位精度仍然可以達(dá)到厘米級(jí)，可靠性強(qiáng)。這也是CPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)能夠很快發(fā)展的原因之一。GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)利用的是差分CPS技術(shù)，包括次差分和二次差分，選擇的儀器是雙頻GPS接收機(jī)，采用的技術(shù)手段是同步觀測(cè)法，因此，它可以消除和減弱大部分的系統(tǒng)誤差。如，接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差等，而對(duì)流層延遲和電離層延遲也都可以得到大幅度的削弱。GPS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)出現(xiàn)以后，很快在實(shí)際中得到應(yīng)用。它已不僅僅屬于GPS的范疇，而是集Internet技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和GPS定位技術(shù)于一身的系統(tǒng)。

2 GPS網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的工作過(guò)程

網(wǎng)絡(luò)RTK的產(chǎn)生，使動(dòng)態(tài)GPS的外業(yè)工作的質(zhì)量和效率得到了很大的提高。與傳統(tǒng)的RTK相比，網(wǎng)絡(luò)RTK不需要自己假設(shè)基準(zhǔn)站，只需要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)登錄控制中心，即可獲得高精度的定位服務(wù)，操作簡(jiǎn)單快捷。如圖1所示。

2.1 虛擬參考站的建立和初始化

在野外打開(kāi)GPS接收機(jī)以后，通過(guò)GSM向控制中心(數(shù)據(jù)處理中心)發(fā)送流動(dòng)站的概略坐標(biāo)?？刂浦行脑谑盏酱诵畔⒑螅ㄟ^(guò)分析，生成一個(gè)距流動(dòng)站幾米到十幾米的虛擬參考站。此參考站向流動(dòng)站發(fā)送固定格式的改正信息，流動(dòng)站在接收到虛擬參考站發(fā)送來(lái)的改正信息后，在很短的時(shí)間內(nèi)變可完成初始化。

2.2 網(wǎng)絡(luò)RTK的數(shù)據(jù)采集

流動(dòng)站完成初始化后，便可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。此時(shí)，數(shù)據(jù)的采集方式跟常規(guī)RTK是一致的。只要流動(dòng)站所在位置能同時(shí)觀測(cè)到至少四顆以上的衛(wèi)星，網(wǎng)絡(luò)RTK就能正常工作以保證其精度。相對(duì)與常規(guī)RTK來(lái)講，網(wǎng)絡(luò)RTK不需要考慮其與基準(zhǔn)站之間的距離，因?yàn)榱鲃?dòng)站與基準(zhǔn)站之間并沒(méi)有進(jìn)行相互通信，流動(dòng)站所獲得的改正信息，是來(lái)自于控制中心。

2.3 數(shù)據(jù)的處理

網(wǎng)絡(luò)RTK所采集的數(shù)據(jù)的處理方式與常規(guī)RTK所采集的數(shù)據(jù)的處理方式是一樣的。將所測(cè)數(shù)據(jù)下載到電腦中，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)處理軟件所需要的相應(yīng)的格式。如CASS軟件要求文件為(.dat)類型。對(duì)于Leica接收機(jī)來(lái)講，在將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到電腦之前，就應(yīng)在手簿上講測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其導(dǎo)出到電腦中的數(shù)據(jù)格式為(.txt)。然后可以直接將(.txt)文件轉(zhuǎn)換成(.dat)文件。

3 網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的作業(yè)模式

根據(jù)實(shí)際需要，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)(RTK GPS)的作業(yè)模式主要有以下幾種:

(1)快速靜態(tài)測(cè)量:這種測(cè)量模式，要求在觀測(cè)過(guò)程中，綜合的接收基準(zhǔn)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)的解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo)。而在流動(dòng)過(guò)程中，可以不必保持對(duì)GPS衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。其定位精度可以達(dá)到1～2cm。(2)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測(cè)量:這種測(cè)量模式，首先要求在某一起始點(diǎn)上進(jìn)行靜止的觀測(cè)，以便快速解算整周未知數(shù)，達(dá)到完成實(shí)時(shí)初始化的工作。然后再進(jìn)行基準(zhǔn)站和用戶流動(dòng)站的同步觀測(cè)，實(shí)時(shí)解算流動(dòng)站的三維坐標(biāo)。觀測(cè)過(guò)程中，要求接收機(jī)保持對(duì)所觀測(cè)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，一旦發(fā)生失鎖現(xiàn)象，就需要重新進(jìn)行初始化工作。目前其定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)。

4 工程案例1

4.1 工程概況

測(cè)區(qū)位于天津市塘沽區(qū)，控制網(wǎng)布設(shè)面積約8km2，設(shè)計(jì)點(diǎn)位32座，起算點(diǎn)采用位于測(cè)區(qū)南側(cè)、東側(cè)約0.8km的城市四等平面控制點(diǎn)各一座，測(cè)區(qū)北側(cè)、西側(cè)邊緣四等平面控制點(diǎn)各一座。

4.2 RTK GPS測(cè)量

為了保證測(cè)量成果的精度及可靠性，我們?cè)跍y(cè)區(qū)北側(cè)及東側(cè)的起算點(diǎn)分別設(shè)置基準(zhǔn)站，分別采集起算點(diǎn)空間坐標(biāo)解算坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù);并分別測(cè)量待測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)，然后取兩次測(cè)量的平均值作為最終成果;兩次測(cè)量結(jié)果的坐標(biāo)差值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

根據(jù)上述兩次測(cè)量坐差值的統(tǒng)計(jì)，可算得兩次測(cè)量平均值的點(diǎn)位中誤差為±1.25cm。

4.3 RTK成果的外部檢驗(yàn)

(1)相鄰點(diǎn)間邊長(zhǎng)檢測(cè)

檢測(cè)采用TOPCONG TS602全站儀，以兩次測(cè)量平均值作為實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)值，共檢測(cè)通視邊17條，分別計(jì)算實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)與RTK測(cè)量成果坐標(biāo)反算所得邊長(zhǎng)的差值，根據(jù)邊長(zhǎng)差值統(tǒng)計(jì)，可算得相鄰點(diǎn)間邊長(zhǎng)中誤差為1.08cm。

(2)采用導(dǎo)線測(cè)量方式的坐標(biāo)檢驗(yàn)

在測(cè)區(qū)南測(cè)選擇待測(cè)點(diǎn)6座，按一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量方式觀測(cè)，起算點(diǎn)為以上述城市四等平控制點(diǎn)為起算的按GPS靜態(tài)方式觀測(cè)的城市一級(jí)控制點(diǎn);根據(jù)測(cè)量結(jié)果與上述RTK測(cè)量成果的坐標(biāo)差值，估算出RTK測(cè)量成果的點(diǎn)位中誤差約為±1.22cm。

5 工程案例二

2010年6月，筆者單位在天津新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)約24km2區(qū)域布設(shè)城市平面控制點(diǎn)43座，采用該區(qū)域內(nèi)分布較均勻的原有GPS四等平面控制點(diǎn)5座為起算點(diǎn)，同樣采用上述雙基準(zhǔn)站方式觀測(cè)，其中一次利用原GPS網(wǎng)測(cè)量時(shí)得到的WGS-84坐標(biāo)建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)兩次測(cè)量坐標(biāo)差統(tǒng)計(jì)，X坐標(biāo)兩次測(cè)量最大差值為2.8cm，Y坐標(biāo)兩次測(cè)量最大差值為3.3cm，兩次測(cè)量平均值的點(diǎn)位中誤差為±1.48cm。本工程中，我們同樣采用TOPCONG TS602全站儀進(jìn)行邊長(zhǎng)檢測(cè)，共檢測(cè)邊長(zhǎng)11條。根據(jù)邊長(zhǎng)差值統(tǒng)計(jì)，估算得相鄰點(diǎn)間邊長(zhǎng)中誤差為±1.13cm。根據(jù)對(duì)上述工程數(shù)據(jù)的分析，可知采用本文所述的雙基準(zhǔn)站觀測(cè)方式，取兩次測(cè)量平均值的作為最終成果，RTK測(cè)量模式完全可替代全站儀導(dǎo)線測(cè)量應(yīng)用于房產(chǎn)平面控制測(cè)量。

6 建議

(1)RTK測(cè)量與靜態(tài)GPS測(cè)量相同，首先得到的是WGS-84坐標(biāo)，必須通過(guò)一定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系才能得到用戶坐標(biāo)系坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取精度對(duì)測(cè)量成果有很大影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中首先應(yīng)注意起算點(diǎn)精度，特別應(yīng)注意采用一定的方法檢核起算點(diǎn)的相對(duì)精度;同時(shí)，轉(zhuǎn)換參數(shù)有一定的區(qū)域性，它僅適用于起算點(diǎn)所圈定的一定區(qū)域，外推精度隨距離增加降低明顯，因此在實(shí)際工作中應(yīng)盡量選擇能覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)且分布均勻的起算點(diǎn)。(2)若已知起算點(diǎn)為靜態(tài)GPS控制網(wǎng)成果，可利用已有WGS-84坐標(biāo)及用戶坐標(biāo)建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，這樣可節(jié)省采集起算點(diǎn)WGS-84坐標(biāo)的時(shí)間、提高工作效率;但在利用原有成果時(shí)應(yīng)注意所采用的WGS-84坐標(biāo)應(yīng)是在同一網(wǎng)平差中得到的，因?yàn)樗怯蓡吸c(diǎn)定位的WGS-84坐標(biāo)推算得到的，只代表某個(gè)特定的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系。(3)基準(zhǔn)站應(yīng)選擇位置較高的點(diǎn)位，這樣可明顯擴(kuò)大流動(dòng)站作業(yè)范圍，但根據(jù)筆者對(duì)多個(gè)工程成果的統(tǒng)計(jì)分析，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站間的距離對(duì)測(cè)量成有一定的影響，當(dāng)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站間的距離達(dá)到5-6km時(shí)，兩次測(cè)得的坐標(biāo)差值及相鄰點(diǎn)間距離與全站儀邊長(zhǎng)測(cè)量的成果差值超過(guò)5cm的明顯增多;筆者建議在采用RTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量時(shí)，為保證成果的精度及可靠性，流動(dòng)站的作業(yè)半徑應(yīng)控制在5km以內(nèi);(4)根據(jù)上述第一、第三點(diǎn)，在采用RTK方式進(jìn)行較大區(qū)域控制測(cè)量時(shí)可將測(cè)區(qū)劃分成若干個(gè)工作區(qū);各工作區(qū)的劃分應(yīng)有一定的交叉，觀測(cè)時(shí)應(yīng)進(jìn)行相互檢核;也可以采用兩次工作區(qū)劃分不同的方式進(jìn)行觀測(cè)。利用RTK技術(shù)進(jìn)行房產(chǎn)平面控制測(cè)量操作靈活、簡(jiǎn)單，同時(shí)減少了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)后處理工作，大大提高了工作效率，徹底改變了房產(chǎn)平面控制測(cè)量的作業(yè)模式;但在實(shí)際工作中應(yīng)充分認(rèn)識(shí)這一技術(shù)的特點(diǎn)及其與傳統(tǒng)測(cè)量模式的區(qū)別，設(shè)法提高測(cè)量成果的可靠性。

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