软件开发论文:浅析GPSRTK在图根控制测量中的技术应用

　　浅析GPSRTK在图根控制测量中的技术应用
　　卢宪勇
　　广西崇左市地质勘查院广西崇左市532200
　　摘要：GPSRTK采用了载波相位动态实时差分技术,能够在野外实时得到厘米级定位精度。RTK技术在未来的控制测量、工程放样、地形(地籍)测图、公路铁路施工、勘测等工程领域有着广阔的发展前景。
　　关键词:：GPSRTK技术;图根控制测量;技术应用
　　引言
　　GPSRTK(RealTmieKinematic)平面实时定位技术的发展,因其操作快捷、直观、定位精度高、实时性强、自动化程度高、点位误差不累积等优点,被广泛应用于工程放样、地形(地籍)测图及某些控制测量等工程领域中。在GPSRTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站通过数据链接收来自基准站的数据,同时采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理给出定位结果,历时不到1s。因此,GPSRTK方法的应用,极大地提高了工程放样、地形(籍)测图及某些控制测量的作业效率。
　　一、RTK定位技术的工作原理及其测量误差
　　1.1工作原理
　　RTK定位技术是基于实时载波相位差分的实时动态定位技术。在RTK作业模式下,基准站除了采集卫星数据外,还要通过数据链将其观测值和站点坐标信息一起传送给流动站。流动站在采集卫星数据的同时,还要接收来自基准站的数据链,并在系统内对采集和接收的两组数据,进行实时载波相位差分处理,得出定位结果。RTK又可细分为修正法和差分法:修正法是将基准站的载波相位修正值发送给流动站,改正流动站接受到的载波相位,流动站再求解坐标,也称准RTK;差分法是将基准站采集到的载波相位,发送给流动站,再由流动站求差解算坐标,又称真正的RTK。
　　1.2测量误差RTK的测量误差包括两个方面。
　　①GPS的定位误差,它在实时测量时可以从手簿上看到,也会被记录在手簿内相应的LOG文件中;②坐标转换带来的误差,它主要由投影误差和已知点传递的误差组成,但已知点传递的误差影响较大。一般情况下,人们关注的主要是GPS的定位误差。RTK法实时提供的流动站点在指定坐标系中的3维定位结果,其平面定位精度可达1cm+1ppm,高程定位精度可达20mm+2ppm。
　　二、RTK定位技术在图根控制测量中的应用
　　2.12006年7月,我测绘工程部进行14km2的1∶500地形图测绘任务,整个测区南北长约7km,东西宽约2km。测区内大部分为建成区和以丘陵为主的经济园林,建成区内建筑密度大,特别是老城区部分。同时,7月份的烟台气温平均超过30℃,每天的实际作业时间只能有6~7h,由于各种实际因素的限制,每个作业组的作业时间大大缩短了。如果按照以往常规图根控制测量的方法,利用全站仪、水准仪进行导线平面和高程控制测量来作业,每个作业组完成控制测量任务需要10~15d时间。作业队共有27个作业组,每天的花销较多,同时工期时间要求比较紧,作业队根据实际情况决定抽出一个组利用南方铃锐S80GPSRTK来完成图根控制测量任务,这样可以保证其他作业组在进入测区1~2d内就可以进行地形图的测绘任务。要求利用GPSRTK进行图根控制测量作业,每个图根点必须在两个不同的基站测量两次,两次成果的X,Y,H的差值不超过±3cm,RTK组用了半个多月的时间就完成了整个测区2500多个图根点平面和高程两次测量的测绘任务,两次成果的差值完全满足技术要求,确保按期完成了测绘任务。
　　2.2南方铃锐S80RTK的作业过程
　　基准站的架设及连接RTK基准站(主机)的架设有两种情况:①架设在已知点上;②架设在未知点上。两种情况的主要区别是:当架设在已知点时,基准站(主机)要进行精确的对中、整平;当架设在未知点时,只需整平即可。当主机、发射天线架设好以后,接着要进行主机、电台、天线、电瓶接线的连接,一定要注意:电瓶有正负极,接线时一定要黑色接线连电瓶负极,红色接线连电瓶正极,否则会烧毁电台。接线连好后,打开电台和主机,当电台、主机正常工作后再打开移动站,移动站工作正常后,打开PDA手簿。数据采集结束后,应先关闭主机、电台后再拆除连接线。主机、移动站动态、静态模式转换:主机开机后按住电源开关键连续响三声关机后继续按开关键,13s后响第一声是动态模式,第二声是静态模式;移动站关机后连续按13s后第一、第二声与主机相同,第三声是蓝牙初始化。注意:在实际工作中由于考虑电台的作用距离,要求基准站应架设在地势较高、周围环境比较开阔、邻近不应有强电磁辐射源的地方,大多数已知点很难满足上述要求,一般情况下基准站都架设在未知点上。
　　2.3PDA手簿工程之星软件的操作
　　（1）按PDA手簿开关键打开手簿打开工程之星软件,出现几秒钟的封面后,即进入主界面,主界面中的工程菜单中包括8个子菜单:新建工程、打开工程、新建文件、选择文件、删除作业、任务管理、文件输出和退出。
　　（2）新建工程操作
　　工程→新建工程,点击菜单工程选项,然后选择新建工程。依次按要求填写或选取以下工程信息:工程名称、椭球系名称、投影参数设置、四参数设置(未启用可以不填写)、七参数设置(未启用可以不填写)和高程拟合参数设置(未启用可以不填写),最后确定新建工程完毕(此种新建工程的方式默认为“向导”)。注意:建立工程设置椭球参数时,应当知道所采用的已知点的坐标系。
　　（3）新建文件操作
　　工程→新建文件,工程建完后可以建立一个文件名,每次开机都默认是上一次关机时的文件名,所采集的成果也保存在该文件名下,如成果不想存在该文件名下,可以重新建立文件。
　　2.4图根控制点的测量
　　当工程建立完毕之后可以进行图根点的测量,测量前应当在建立的工程目录下选择一个文件或新建一个文件,测量的数据自动存储在该文件下。
　　2.5测量参数校正
　　GPS测量的是WGS-84系坐标,而我们通常需要的是在流动站上实时显示国家坐标系或地方独立坐标系下的坐标,这需要进行坐标系之间的转换,即点校正。点校正可以通过两种方式进行。1)在已知转换参数的情况下如果有当地坐标系统与WGS-84坐标系统的转换七参数,则可以在测量控制器中直接输入,建立坐标转换关系。如果工作是在国家大地坐标系统下进行,而且知道椭球参数和投影方式以及基准点坐标,则可以直接定义坐标系统,建议在RTK测量中最好加入1~2个点校正,避免投影变形过大,提高数据的可靠性。2)在不知道转换参数的情况下如果在局域坐标系统或任何坐标系统进行测量,可以直接采用点校正方式建立坐标转换,平面至少3个点,如果进行高程拟合则至少要有4个水准点参与点校正。a)基准站架在已知点(假设为A)校正①利用一个点校正当基准站设在已知点时,校正时选择基准站架设在已知点,输入A点的坐标和高程,按确认键即可。注意:校正时当前状态不是Fixed时会弹出提示“当前不是Fixed状态,是否继续校正”,这时应该选择NO,等状态为Fixed时重新校正。②利用两个点进行校正(假设第二点为B):①校正完成后,重新选择校正,当出现①的校正界面时选择下一步,这时屏幕提示,输入第二点(即B点)坐标,确认移动站在B点对中整平并且在Fixed状态下完成校正。利用三点校正方法与两点校正相同。b)基准站架在未知点校正基准站架设在未知点上的校正方法与已知点上的方法一样,只是在PDA手簿校正模式中选择基准站架设在未知点上。一般情况下,由于受周围环境的限制,为了发挥RTK的最佳效果,基准站一般都架设在未知点上。
　　2.6数据采集
　　参数校正完成后即可进行图根控制点的测量,选择测量→目标点测量,当PDA手簿测量界面状态栏为Fixed状态时即可以开始测点,按PDA手簿“-”键存储当前点坐标(坐标存储在我们新建的文件夹中),默认点名为point1,测量时可以根据需要随时输入实际的点名,输入天线高(一般为2.15m)。PDA手簿测量界面有圆形和三角形两种显示方式,当天线位置静止不动,或移动的范围小于2cm时,则以圆形表示;当天线移动的时候,显示位置为三角形,三角形的锐角方向为移动方向。继续存点时,点名将自动累加(可以改名存贮)。当所有的点采集完毕后,点击工程退出程序关机即可。如果在数据采集过程中出现搜索电台失败时,可以点击工程退出程序,然后重新进入工程之星或者按PDA后面的按钮,重新初始化PDA手簿,直至搜索电台成功。
　　三、RTK技术与传统控制测量作业比较的优缺点
　　3.1定位精度高与传统控制测量作业比较,定位精度高,安全可靠,没有误差积累,只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内(如南方铃锐S80一般为4~10km),RTK的平面定位精度可达1cm+1ppm,高程定位精度可达20mm+2ppm。
　　3.2作业效率高
　　传统的控制测量既要进行平面控制的边、角测量,又要进行高程控制的水准测量,控制成果要经过内业平差处理才能得到,有时由于外业测量的粗差、误差导致各种限差超限,成果精度达不到要求而重新返工,既费时又费力。而RTK技术作业灵活,由于采用了载波相位动态实时差分技术,几秒钟内即可得到测量点的坐标成果,这样可以保证其他作业组迅速进行测图工作。同时,RTK操作简便,两人操作即可,大大降低了控制测量的外业作业强度,彻底摆脱了常规控制测量中的返工现象,工作效率是常规控制测量的十几倍。
　　3.3作业要求低
　　常规控制测量要求导线上的相临两点必须互相通视,同时还要受到边长、最大最小边长之比、导线长度等的限制。RTK技术不受通视条件的限制,同时受能见度、气候、季节、时间等因素的影响也较小,只要满足RTK的基本工作要求,就能进行快速、高精度的定位作业。
　　3.4RTK技术的不足
　　受卫星状况及周围环境的限制,在高山峡谷深处、城市高楼密布区,由于卫星信号受到遮挡,一般不能得到坐标成果或容易产生假值。考虑电台的作用距离,要求基准站应架设在地势较高、周围环境比较开阔、邻近不应有强电磁辐射源的地方。另外,RTK的高程精度低,对于高等级的控制测量不能采用RTK高程,应该采用水准测量,而对于图根控制测量高程精度可以满足要求。
　　参考文献:
　　[1]王国祥,梅熙.GPSRKT技术在工程测量中的应用[J].四川测绘,2001,24(4):166-167.
　　[2]康红星.GPSRTK技术在城市控制测量中的应用[J].工程设计与建设,2004,1(36):33-36