论文导读：为进一步验证GPS-RTK技术在测量中的精度情况,本文结合在金华金东区实施的1∶500的地形图测绘任务,通过对比作业方法和精度准确性验证,说明了利用RTK技术测绘大比例尺数字地形图能大大减轻工作量、提高工作效率。
关键词：RTK，地形测量精度分析
1引 言
GPS定位技术的快速发展给现在的测绘行业带来了彻底性的革命。它具有操作简便、定位精度高、不受天气与通视条件的限制等优点,越来越受到测绘行业的青睐。为进一步验证GPS - RTK技术在测量中的精度情况,本文结合在金华金东区实施的1 ∶500的地形图测绘任务,通过对比作业方法和精度准确性验证,说明了利用RTK 技术测绘大比例尺数字地形图能大大减轻工作量、提高工作效率。
2RTK工作原理
GPS 实时动态测量(Real- Time Kinematic)简称RTK,具体作业方法是在已知点上设置一台GPS 接收机作为基准站, 并将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS控制手簿,一至多台GPS 接收机设置为流动站。基准站和流动站同时接受卫星信号, 基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站, 流动站接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理, 实时得到本站的坐标和高程及其实测精度, 并随时将实测精度和预设精度指标进行比较,一旦实测精度达到预设精度指标,手簿将提示测量人员是否接受该成果,接受后手簿将测得的坐标、高程及精度同时记录进手簿。
3影响RTK作业精度的因素
1、系统因素
RTK设备本质上是一种动态的GPS设备,它同样也存在GPS 设备的测量误差,包括GPS 信号的自身误差、GPS 信号的传输误差、GPS 接收机的误差。RTK品牌较多,RTK设备的优劣不仅影响测量精度,而且也影响成果的可靠性。RTK设备的影响因子主要包括数据链、天线类型和处理软件等。因此RTK应选择操作方便、性能稳定可靠、故障率低、可靠性高的仪器设备。这些都可认为是RTK 设备的系统误差。
2、人为因素
技术设计方案的合理性和准确性对测量成果的质量和可靠性也起着重大的影响。例如基准站的选择、坐标系的选择、观测时间的选择等。2) RTK进行动态测量作业需要接收基准站的信号,而基准站的对中整平误差和量高误差都直接影响移动站设备的定位精度。3) 移动站的标杆是否立直,标高是否准确也都直接影响其定位精度。
4RTK的转换参数
RTK测量是在WGS - 84坐标系中进行的,而各种工程测量是在国家坐标系统(80, 54)或地方坐标系,这之间存在着不同坐标系间的一系列转换。在GPS静态测量中,坐标转换是在后处理时进行的。而RTK是实时给出需测定的点位坐标,这使得求定转换参数工作尤为重要。转换参数一般是利用重合点的两套坐标值通过一定的数学模型进行计算。重合点数必须至少有3个以上的国家坐标系(80, 54)控制点或地方坐标控制点,利用Bur2sa模型解求7个转换参数。
 
式中ΔX , ΔY , ΔZ为平移参数, Ex , Ey , Ez旋转参数,δμ为尺度变化参数。当测区范围较小时，可不考虑尺度比和旋转参数, 令δμ = 0, Ex , Ey , Ez为0,
在解求转换参数时应注意:
1、已知点的选取应最好在测区的四周及中心,能有效控制施测范围,且均匀分布。
2、为保证施测精度要求,应选择不少于3 个控制点进行转换参数求解,一般3～5个为宜,采取同一基准或
不同基准点求取2～3组参数值,选择残差较小、精度较高的一组使用,且应预留多余点进行检核。
3、对于高程要求比较高的地区,应根据地区的地形情况求解垂直方向的转换参数,对平地、丘陵地、山地应分别求解垂直转换参数。
5 RTK定位精度验证
1、在0～5 km, 3～10 km范围内,选择同一基准站,求解两组转换参数,对同一点进行两次观测,将其结果与四等GPS点进行比较。免费论文网。其结果见表1。
表1 RTK定位精度检测结果( 1)
| 点号 |
工作距离（KM） |
δX1(CM) |
δX2（CM） |
δY1(CM) |
δY2(CM) |
δZ1(CM) |
δZ2(CM) |
| I4018 |
1.5 |
2.0 |
0.5 |
2.2 |
0.6 |
1.0 |
1.1 |
| I4012 |
3.5 |
-3.1 |
-1.3 |
-0.6 |
-0.6 |
-0.6 |
-0.8 |
| I4013 |
4.0 |
0.5 |
0.8 |
3.6 |
-1.7 |
-2.5 |
-1.5 |
| I4009 |
4.5 |
-0.6 |
-0.6 |
-3.5 |
-2.2 |
0.5 |
0.9 |
| I4007 |
5.5 |
- 1.1 |
- 1.2 |
1.2 |
1.2 |
- 1.9 |
- 1.7 |
| I4004 |
6.5 |
- 2.0 |
- 2.0 |
- 3.1 |
- 2.1 |
- 1.7 |
- 2.3 |
| I4006 |
6.8 |
- 2.5 |
1.2 |
-2.1 |
- 1.1 |
- 4.1 |
- 2.1 |
| I4003 |
8.5 |
- 3.2 |
- 2.2 |
- 3.4 |
- 1.4 |
- 3.8 |
- 2.8 |
Tab. 1 Accuracy testing result forRTK position ing( 1)
2、选择不同基准站,在3～10 km范围内,均匀选取覆盖测量范围的已知点,求解一组转换参数进行观测,其结果与四等GPS点进行比较。其结果见表2。
表2 RTK定位精度检测结果( 2)
| 点 号 |
工作距离（KM） |
δX(CM) |
δY(CM) |
δZ(CM) |
| I3048 |
1.4 |
- 0.2 |
2. 0 |
0.8 |
| I4020 |
2.4 |
0.3 |
- 0.2 |
- 0.9 |
| I4017 |
3.6 |
- 0.9 |
1.5 |
- 1.5 |
| I4013 |
3.8 |
1.6 |
0.9 |
0.1 |
| I4009 |
4.5 |
- 0.7 |
1.6 |
- 1.1 |
| I4004 |
6.5 |
0.1 |
2.2 |
2.7 |
| I4005 |
7.3 |
0.1 |
1.4 |
1.2 |
| I4003 |
8.5 |
0.1 |
2.2 |
2.8 |
Tab. 2 Accuracy testing result forRTK position ing( 2)
从上述数据比较来看, RTK测量的点位精度可达厘米级。在求定转换参数时,已知点的选取在覆盖测量范围与未覆盖测量范围时,其结果存在差异。因此,在实际生产时转换参数的求取应尽量覆盖测量范围及中心,当工作半径≤10 km时,点位误差< ±5 cm,完全满足现行测量规范所要求的一、二级导线要求。免费论文网。
在建筑物碎密集但无高大建筑物的地区对接收机对中杆进行加高后可以克服其劣势,也可以发挥其优势。对于10 kV以下的电线杆的测量, RTK也能发挥其作用,但对于大型输电线架,由于受到强电磁场的影响容易出现数据链不稳定现象,不能快速完成初始化,而且测量精度较低。
6提高RTK测量成果精度的方法
通过RTK技术在金华金东区地形图测绘中的应用,在提高成果精确性方面总结以下几点:
1、对于在城市空旷区、山地地形测量等能充分满足RTK接收机数据采集要求的地区, RTK能快速完成碎部测量作业;但在建筑物密集、树林稠密等地区,会使RTK初始化速度大大降低或者出现失锁现象,可以采用RTK施测图根控制点,再利用全站仪测量RTK不能作用的测区。这种GPS RTK +全站仪测量碎部点的方法,能快速完成野外作业,两种作业方法能互相补充,取长补短,最大可能地发挥各自的优势。
2、在利用RTK技术施测图根控制点时要充分保证RTK高程控制数据的质量。在外业观测时,观测条件要求比碎部点高,注意及时与已知点高程校核,采用合适的数据处理方法剔除粗差。
3、对于不同型号的GPS RTK接收机所标称的精度不可盲目相信,它是一种理想状态下的技术指标,随着作业环境、时段信号等因素的影响而不同,其值只能作为参考,不可盲目相信。
4、初始化速度决定着RTK测量的速度,在山区、林区或建筑物密集区, GPS信号受到一定的影响,容易造成失锁想象,需要重新初始化,大大降低了测量的精度和生产效率,解决这个问题的主要方法是选用初始化能力强、初始化时间短的RTK机型。
5、利用双基准站法施测控制点,可以提高定位测量精度,确保测量成果的可靠性。在利用双基准站法测量控制点时,注意以下几点: ①控制点间距离应控制在2 km左右,平面精度能达到一级导线的要求,高程精度能达到四等要求; ②流动站宜采用三脚架进行对中整平; ③点位校正,应选用精度较高的控制点。免费论文网。
6、基准站应尽量架设在地势较高且远离强电磁干扰源和信号反射物,流动站距离基准站控制在5 km之内为宜。
7、为保证RTK测量的准确性,在地形图测绘作业过程中宜采用如下质量控制:
7.1、已知点检核验证:用RTK测出高精度的控制点进行比较验证RTK测量模式的正常性,发现问题即可改正。
7.2、重新测量已测过的控制点:在RTK初始化完成后,首先重测已有的控制点,确认无误后再进行地形图的测绘。这样可防止各种校正参数、投影参数等指标的设置失误,提高测图速度和质量。
7结束语
随着RTK( real time kinematic)技术的不断完善,其成果精度及可靠性会越来越高。RTK测量拥有在不通视条件下远距离传递3维坐标的优势,完全取代了原有的测量模式,从根本上消除了误差积累。与导线测量相比,可大大提高工作效益,大幅降低生产成本。具有简单、方便、可靠、快捷等优点。
参考文献:
[1] 刘经南,陈俊勇,张燕平,等. 广域差分GPS原理和方法。北京测绘出版社, 1999。
[2] 刘大杰,施一民,过静珺. 全球定位系统（GPS）卫星测量原理与应用。同济大学出版社, 1996年。
[3] 孔祥元，梅是义。控制测量学。武汉测绘科技大学出版社。1996年
[4] CJJ73 - 97. 全球定位系统城市测量技术规程。
[5] 章红平,温宇斌,张志勇等. 静态GPS测量与RTK测量实例分析. 测绘通报,2006 (1) : 28～32
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