RTK (Real Time Kinematic) 技术是指载波相位实时动态差分GPS定位技术, 它是GPS发展的新形式, 是GPS应用的重大里程碑, 它的出现为各种控制测量、地形测图和工程放样等带来了新曙光, 极大地提高了测量工作的外业作业效率。
为了扩大RTK技术在测量工作中的应用范围, 满足高精度的测量要求以及建立大面积的测量控制网的需要, 拟通过具体的测量实践探寻出实用的测量方法来代替传统的常规测量方法, 使测量工作更简便快捷。对RTK技术进行了简介, 对其误差来源和应用现状等进行了阐述和分析, 就RTK技术进行图根控制测量的可行性进行了相应的质量精度评估等, 获得了一些有益的结论和建议。
1 RTK技术简介
RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时动态差分GPS测量技术。
RTK测量系统主要有GPS接收设备 (可分为基准站和流动站设备) 、无线电数据传输系统 (简称数据链) 及支持实时动态差分的软件系统 (含设置和显示用的电子手簿等) 3个部分组成。
具体测量过程为:在合适的参考点上设置好基准站, 基准站连续接收到GPS卫星信号, 并将基准站坐标及观测数据通过电台实时地发送给已设置好的流动站用户, 一台或多台流动站接收机在接收GPS卫星信号的同时, 亦接收基准站传输来的数据, 由软件系统根据GPS相对定位的原理进行差分及平差处理, 实时解算并显示出流动站的三维坐标及精度, 从而可以进行测量工作。
2 误差来源
多路径误差、信号干扰误差、天线相位中心的变化、接收机位置误差等是影响RTK技术观测质量的重要因素。选择地形开阔、不具反射面的控制点位, 远离大面积的水面, 采用具有削弱多路径误差的各种技术天线等是削弱多路径误差的影响的良好方法。选择控制点时远离无线电发射源、雷达装置、高压电线等干扰源, 可以减少信号干扰误差。减少天线相位中心的变化误差需及时进行天线检验校正。细心地进行仪器操作, 可以减少接收机的对中位置误差等。
3 应用现状
RTK技术目前已经在地形测量方面得到广泛地应用, 与其他测量方式相比有其独特的优越性。
3.1 与静态GPS的比较
现今静态GPS越来越多地应用于高精度控制网的建立方面, 采用相位差分可以达到厘米甚至毫米级精度, 然而众所周知, 静态定位由于数据处理滞后, 所以无法实时解算出定位结果, 也就无法对观测数据进行实时检核, 在实际工作中可能需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性, 这样一来就降低了静态GPS测量的工作效率。而动态R T K通过实时处理即能达到厘米级精度, 用户可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况, 根据待测点的精度指标, 确定观测时间, 从而减少冗余观测, 提高工作效率。
3.2 与常规测量方法的比较
(1) 操作简便, 数据处理能力强。常规的水准仪、经纬仪进行测量时, 都要用笔进行现场的记录, 并进行数据的限差计算。RTK测量只要事先设定限差就可以对数据自动的进行取舍和记录。测量结果可以直接导人计算机, 不需人工输入。 (2) 作业效率高, 使用人员少。常规的水准仪、经纬仪和全站仪等测量仪器, 在进行测量时均需要经常地搬站, 而且完成一项任务通常需要3, 4个人一起工作。RTK技术在一般情况下, 仅需一人操作, 几秒钟就可取得坐标值。 (3) 与传统测量比较, 作业条件要求减少。传统的常规测量需要观测点间通视, 并且还要在白天等有利的观测条件时观测等;而RTK受通视条件、能见度、气候、季节等因素影响和限制小, 适于全天候作业等。 (4) 作业自动化、集成化程度高、适用范围广。常规测量仪器只能在某种工程中适用, 而RTK以其独有的特点, 在地形测绘、工程放样等方面均可独立完成。 (5) 定位精度高, 数据可靠, 没有误差积累。
4 RTK技术图根控制测量实践
4.1 图根控制的技术要求
图根控制点即是直接供测图使用的控制点, 简称图根点。测定图根点位置的工作, 称为图根控制测量。中等城市一般以四等网作为首级控制网。在测图中, 要求首级图根点相对于起算三角点的点位误差, 在图上应不超过±lmm, 相对于地面点的点位误差则不超过±0.1Nmm (N为测图比例尺分母) 。而图根点对于国家三角点的相对误差, 又受图根点误差和国家三角点误差的共同影响, 为使国家三角点的误差影响可以忽略不计, 应使相邻国家三角点的点位误差小于 (1/3) ×0.1Nmm。据此可得出不同比例尺测图对相邻三角点点位的精度要求。
根据《城市测量规范》, 图根控制网中图根点高程中误差不得大于测图基本等高距的1/10, 1/500的等高距为0.5m, 1/1000的等高距为0.5m或lm, 随着比例尺的减少, 等高距可相应的加大。
4.2 测量步骤
4.2.1 测量思路
如图1, 以已知点G3为基准站。
(1) 分别在已知点G2, G4, G5上进行连续10min的RTK观测, 计算各点的点位精度。 (2) 将G2, G4, G5连成三角形, 形成一三角网, 对测量数据进行角度, 边长以及坐标的比较, 最后参照图根控制的技术要求评定成果。 (3) 在GX、GY、GA、GZ四个未知点上各进行5min的测量, 与已知点形成一导线, 并与全站仪三联脚架法测得的成果进行比较, 检验其精确度, 看RTK可否代替导线测量。通过 (1) , (2) , (3) 判断RTK可否代替常规测量方法进行图根控制测量。 (4) 在信号差的地方选一点CESHI点, 进行5min的连续观测, 计算点位精度, 评定测量结果, 看其精度是否满足图根控制要求。 (5) 将观测时间分成3min, 5min, 8min, 10min四个时间段, 分别计算其点位精度, 并比较找出实用的观测时间。 (6) 分别采样, 采样率分别是3s和5s的观测数据, 比较其精度, 找出实用的采样历元。
4.2.2 测量实施
(1) 仪器:此次测量采用的RTK测量系统由一套基准站和两套流动站组成。基准站主要包括:Trimble 5800 GPS双频接收机1台、ZephyrGPS天线、TRIMARK3数传电台及天线、TSC2数据采集手簿 (电子手簿) 1台等。每套流动站主要包括:Trimble5800 GPS双频接收机1台 (内置接收电台) 及Zephyr GPS天线、电台天线、TSC2数据采集手薄 (电子手簿) 1台等。
(2) 过程。
(1) 选择基准站, 并在基准站上架设好仪器, 接通电源, 通过手簿, 建立项目, 设置好基准及转换参数等, 连接好GPS接收机。输入基准站坐标、天线高, 启动基准站, 确认电台处于发射状态。 (2) 连接好流动站仪器, 用手薄设置好流动站信息。准备就绪后开始测量。 (3) 启动连续测量模式, 设置记录间隔为5S, 测最直至任务完成。 (4) 重新设置记录间隔为3S, 进行若干点的测量。 (5) RTK测量完成后, 用全站仪在其中几点上进行一附合导线的观测。 (6) 数据处理。
6 数据点位精度分析
表1中mx, my, mh为各方向的点位中误差, mo为总的平面点位中误差, △X, △Y, △H为测量值与已知坐标的偏差 (下同) 。
通过表1, 我们可以看出, 绝大多数的方向测量中误差都在lcm以内, X方向最大误差为0.0120, 只有一个超出1cm;Y方向最大误差为0.0112, 有两个超过lcm。总的平面点位中误差在2cm以内, 最大为0.0164.CESHI点是我们特意选取的测量环境比较差的测试点, 其观测误差与其他相比大了许多, 但根据图根控制测量的技术要求, 其仍然满足1/50。图幅图根控制的精度要求。
G 2, G 4, G 5为已知点, R T K的测量较差中X和Y方向符合的比较好, 满足1/500控制的要求, 而高程的测量有一些稍稍的偏出, 允许值是5cm, 这也是与RTK自身的作业模式有关的。它要求大地高到海拔高的转换必须精确, 但我国的高程异常图在有些地区存在较大误差, 这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的精度也不均匀, 这是所测高程出现大偏差的一个原因。其次我们的测量环境也是出现偏差的一个因素。如果提供一个好的测量条件, 加上适当的高程修正, 在高程方面应该也可达到要求。
摘要：本文基于笔者多年从事地形测量的相关工作经验, 以地形图测量中图根控制测量为研究对象, 分析了其与静态GPS及常规测量方法之间的差异, 研究探讨了RTK用于地形测量中图根控制测量的方法及精度, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。
关键词：RTK,图根控制测量,精度分析,静态GPS
参考文献
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