GNSS接收機RTK控制測量模式精度分析

錢躍磊,崔磊鑫

(許昌學院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學院，河南 許昌 461000)

控制測量是通過對選取的控制點進行外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)平差數(shù)據(jù)處理，獲得控制點的點位信息.隨著GNSS技術(shù)的發(fā)展，其在控制測量方面的應(yīng)用正逐步取代傳統(tǒng)控制測量的方式，特別是GNSS-RTK測量技術(shù)，因其測量速度快、數(shù)據(jù)處理簡單、使用便利等優(yōu)點，在地形測量中得到了廣泛應(yīng)用[1-3].利用GNSS-RTK能否進行控制測量呢，不少專家學者通過研究表明，在采取一定措施的情況下，其可以代替圖根控制測量，甚至是一、二級導線[4].為簡化操作程序，新型GNSS接收機內(nèi)加入了RTK控制測量模式，直接利用該模式就可進行控制測量，但該模式進行控制測量的精度如何目前尚未定論，本文主要對這個問題進行研究,為其在地形測圖和工程測量中的應(yīng)用提供科學參考.

1 RTK控制測量模式原理

RTK控制測量模式是基于RTK定位技術(shù)原理延伸出來的一種新型測量模式，由于RTK系統(tǒng)中接收機儀器的標稱精度不同，導致進行控制測量模式的精度不同.以“天河X1”GNSS接收機為例，其儀器標稱實時動態(tài)測量精度為±(5 mm+1 mm/km×d)，其中d為被測點間距離，單位為km，假設(shè)測站點與基站間直線距離為1 km，那么此測點的測量精度為±6 mm.進行控制測量模式時需要輸入預(yù)設(shè)測量精度，控制測量模式就在測點用簡易支架水平氣泡居中放置移動站，達到固定解，進行控制點測量，一般進行采集數(shù)據(jù)約3 min，采集兩個測回，每個測回觀測采集20次.通過手簿內(nèi)置的數(shù)據(jù)篩選軟件，將測量精度不符合預(yù)設(shè)精度的數(shù)據(jù)剔除，符合預(yù)設(shè)精度的數(shù)據(jù)通過精度高低排列，采用精度高的20組數(shù)據(jù)進行測量平差，得出高精度測點測量坐標結(jié)果，最后輸出控制測量報告.如果采集數(shù)據(jù)質(zhì)量不滿足預(yù)設(shè)精度，則采集失敗，需要重新進行采集.

2 RTK控制測量模式數(shù)據(jù)采集

本次控制測量以許昌學院為測區(qū)，進行控制點的布設(shè)，然后利用GNSS接收機RTK控制測量模式進行控制點數(shù)據(jù)采集.

2.1 基站設(shè)置

基站的點位選擇：為保證GNSS衛(wèi)星信號的接收、無線電數(shù)據(jù)鏈信號傳播的質(zhì)量，基站的選擇必需滿足以下要求：

基站所在位置必須四周視野開闊，無巨大遮擋物，使基站盡可能多的鎖定GNSS衛(wèi)星數(shù)目，并且使基站的高度截止角保持在5～15°之間.無強電磁波輻射，在所假設(shè)基站附近約200 m的距離范圍內(nèi)無強電磁干擾.基站的架設(shè)必須遠離會反射電磁波的信號的建筑物，如大面積采用玻璃幕墻的高層建筑物、大面積水域附近[5].總的來說，基站的架設(shè)最好選在地勢較高開闊的地帶.經(jīng)過分析，本次測量將基站設(shè)置在許昌學院綜合實驗樓樓頂.

基站的設(shè)置：基站的架設(shè)位置選擇之后，開始安裝基站，將三腳架務(wù)必踩實，連接儀器與外掛電臺，將儀器進行整平，模式改為基站模式，量取儀器測片高3次，3次測得高程結(jié)果差值不得超過5 mm，并取平均值.手簿進行藍牙連接或者NFC閃聯(lián)進行設(shè)置基站參數(shù)，如差分格式RTCA、RTCA3.0、或者RTCM3.2，發(fā)射間隔1 s，高度截止角10°，天線高的值和PDOP限制為3等，之后啟動基站[6].之后設(shè)置電臺通道，在外掛電臺的面板上對電臺通道進行設(shè)置，有8個通道可供選擇，選擇其中一個即可，全部設(shè)置完畢之后斷開藍牙.

2.2 移動站設(shè)置

基站設(shè)置完成后，即可進行移動站設(shè)置.將接收機固定在碳纖維對中桿上邊，安裝UHF差分天線，以同樣的方式進行藍牙連接，手簿通過藍牙連接移動站對接收機進行設(shè)置.對移動站的參數(shù)設(shè)置只需要設(shè)置和基站一樣的差分格式和電臺通道即可.設(shè)置完成后，如果移動站測量狀態(tài)為固定解，表示設(shè)置成功，否則需要重新進行設(shè)置.

2.3 求轉(zhuǎn)換參數(shù)

由于GPS所測坐標和實地坐標不屬于同一坐標系統(tǒng)，所以必須進行參數(shù)轉(zhuǎn)換，可通過在手簿上測量軟件求取出WGS-84坐標系與當?shù)刈鴺讼抵g的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)[7]，通常為了得到高精度的三維坐標至少需要三個已知點的平面坐標和高程.在手簿中依次輸入兩個已知點在當?shù)刈鴺讼档娜S坐標，移動站依次置于這兩個已知點上精確測量出該點在WGS-84坐標系中的三維坐標，通過手簿內(nèi)置的坐標系轉(zhuǎn)換參數(shù)軟件進行參數(shù)求解得到轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后在第三個已知點上進行坐標復(fù)測，將測量結(jié)果與已知值進行對比，無誤后即可開始測量.

2.4 對控制點進行RTK控制測量

將移動站放在需要測量的待測控制點上，用簡易支架將對中桿對中整平，點擊控制點測量模式，輸入點名、測桿高以及觀測測回數(shù)等，開始進行控制點測量觀測.本測區(qū)共有20個待測點，一個移動站歷時半天即可觀測完畢，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)如表1所示.

3 全站儀一級導線測量

為了驗證GNSS接收機RTK控制測量模式精度，對于以上控制點，用全站儀按照一級導線技術(shù)要求再次測量，從而獲得控制點平面坐標成果如表2所示.

表1 GNSS-RTK控制測量模式平面控制測量成果

表2 全站儀一級導線平面控制測量成果

4 RTK控制測量模式的精度分析

對于以上兩種測量方式所測數(shù)據(jù)，將全站儀一級導線所測數(shù)據(jù)作為真值，對GNSS接收機RTK控制測量模式所測數(shù)據(jù)進行精度驗證.首先對兩次所測數(shù)據(jù)進行對比分析，求得其差值，如表3所示，然后利用中誤差公式求其中誤差.

由此可知，GNSS控制測量模式的點位中誤差為9.5 mm，可以滿足一般工程控制的精度要求.

5 結(jié)束語

隨著測繪技術(shù)的發(fā)展，控制測量的方式正在發(fā)生重大的變化，傳統(tǒng)的控制測量正在被新的控制測量方法代替.本研究通過實例驗證了GNSS接收機RTK控制測量模式進行控制測量的精度能滿足大多一般工程的平面控制測量要求，利用這種方式操作簡單，獲取數(shù)據(jù)速度快，經(jīng)濟效益高，是以后控制測量發(fā)展的方向之一.

表3 對比分析成果

參考文獻：

[1] 王照雯. RTK技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用研究[J].赤峰學院學報,2012(14):26-27.

[2] 徐錦泉,陸來寧,方位達. 湖區(qū)地形測量的網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)通信研究[J].現(xiàn)代測繪,2016,39(3):16-18.

[3] 常立英. GPS-RTK、全站儀聯(lián)合作業(yè)在化石溝銅礦區(qū)地形測量中的應(yīng)用[J].礦山測量,2016(1):61-63.

[4] 周文彬. GPS(RTK)控制測量平面及高程精度分析[J].中國科技縱橫,2012(2):236-237.

[5] 陳俊林. GPS-RTK在常規(guī)控制測量中的精度及可靠性分析[J].測繪與空間地理信息,2011,34(5):95-98.

[6] 張 賀,錢林春. GPS在圖根控制測量中的應(yīng)用[J].測繪與空間地理信息，2007,30(4):59-60.

[7] 賈 彬,沈小明. GPS RTK技術(shù)替代常規(guī)控制測量的應(yīng)用分析[J].水道港口,2006,27(1):45-47.