GPS 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GPS 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, 拟通过具体的工程案例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。下面对GPS 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GPS RTK技术进行图根控制测量的可行性进行了相应的测量及质量精度评估等, 获得了一些有益的结论和建议。
1 GPS RTK技术简介
GPS RTK技术是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。
GPS 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差分数据, 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GPS 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 GPS RTK技术图根控制测量
3.1 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。
根据《城市测量规范》, 在图根控制中, 要求图根点相对于图根起算点的点位中误差, 不得大于图上0.1mm;图根点的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1m, 随着比例尺的减小, 等高距可相应的加大。
我们此次测量的基准点选的是静态GPS点, 其点位精度是远高于国家四等控制网的精度的, 所以采用上面的技术要求是可以对我们的测量点作控制的。
3.2 控制测量实施
下面以天津某工程测量实施为研究背景, 分析图根控制测量的实施步骤。
3.2.1 控制网布设及精度测试
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R T K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。
3.2.2 测量实施
(1) 仪器:此次采用的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 5700 GPS双频接收机1台、Zephyr GPS天线、TRIMARK3数传电台及天线、TSCI数据采集手簿 (电子手簿) 1台等。每套流动站主要包括:Trimble 5700G PS双频接收机1台 (内置接收电台) 及Zephyr GPS天线、电台天线、TSC1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, 开始测量直至任务完成。
(4) 重新设置记录间隔为3 S, 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附合导线的观测。
(6) 数据处理。
RTK图根控制测量简单的作业流程图 (图2) 。
4 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, 其观测误差与其他点相比大了许多, 但根据图根控制测量的技术要求, 其仍然满足1/500图幅图根控制的精度要求。
G2, G4, G5为已知点, RTK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：利用RTK进行控制测量不受天气、地形、通视等条件的限制, 控制测量操作简便、机动性强, 工作效率比传统方法提高数倍, 大大节省人力, 不仅能够达到导线测量的精度要求, 而且误差分布均匀, 不存在误差积累问题。本文基于笔者多年从事工程测量的相关工作经验, 以笔者参与的天津某工程测量项目为案例, 研究探讨了GPS RTK用于图根控制测量及精度分析的方法, 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：GPS RTK,图根控制测量,精度分析
参考文献
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