淺析GPSRTK在圖根控制測量中的技術(shù)應(yīng)用
　　盧憲勇
　　廣西崇左市地質(zhì)勘查院廣西崇左市532200
　　摘要：GPSRTK采用了載波相位動態(tài)實時差分技術(shù),能夠在野外實時得到厘米級定位精度。RTK技術(shù)在未來的控制測量、工程放樣、地形(地籍)測圖、公路鐵路施工、勘測等工程領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。
　　關(guān)鍵詞:：GPSRTK技術(shù);圖根控制測量;技術(shù)應(yīng)用
　　引言
　　GPSRTK(RealTmieKinematic)平面實時定位技術(shù)的發(fā)展,因其操作快捷、直觀、定位精度高、實時性強、自動化程度高、點位誤差不累積等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于工程放樣、地形(地籍)測圖及某些控制測量等工程領(lǐng)域中。在GPSRTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),同時采集GPS觀測數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理給出定位結(jié)果,歷時不到1s。因此,GPSRTK方法的應(yīng)用,極大地提高了工程放樣、地形(籍)測圖及某些控制測量的作業(yè)效率。
　　一、RTK定位技術(shù)的工作原理及其測量誤差
　　1.1工作原理
　　RTK定位技術(shù)是基于實時載波相位差分的實時動態(tài)定位技術(shù)。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站除了采集衛(wèi)星數(shù)據(jù)外,還要通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和站點坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站在采集衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時,還要接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)鏈,并在系統(tǒng)內(nèi)對采集和接收的兩組數(shù)據(jù),進行實時載波相位差分處理,得出定位結(jié)果。RTK又可細分為修正法和差分法:修正法是將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給流動站,改正流動站接受到的載波相位,流動站再求解坐標(biāo),也稱準(zhǔn)RTK;差分法是將基準(zhǔn)站采集到的載波相位,發(fā)送給流動站,再由流動站求差解算坐標(biāo),又稱真正的RTK。
　　1.2測量誤差RTK的測量誤差包括兩個方面。
　�、貵PS的定位誤差,它在實時測量時可以從手簿上看到,也會被記錄在手簿內(nèi)相應(yīng)的LOG文件中;②坐標(biāo)轉(zhuǎn)換帶來的誤差,它主要由投影誤差和已知點傳遞的誤差組成,但已知點傳遞的誤差影響較大。一般情況下,人們關(guān)注的主要是GPS的定位誤差。RTK法實時提供的流動站點在指定坐標(biāo)系中的3維定位結(jié)果,其平面定位精度可達1cm+1ppm,高程定位精度可達20mm+2ppm。
　　二、RTK定位技術(shù)在圖根控制測量中的應(yīng)用
　　2.12006年7月,我測繪工程部進行14km2的1∶500地形圖測繪任務(wù),整個測區(qū)南北長約7km,東西寬約2km。測區(qū)內(nèi)大部分為建成區(qū)和以丘陵為主的經(jīng)濟園林,建成區(qū)內(nèi)建筑密度大,特別是老城區(qū)部分。同時,7月份的煙臺氣溫平均超過30℃,每天的實際作業(yè)時間只能有6~7h,由于各種實際因素的限制,每個作業(yè)組的作業(yè)時間大大縮短了。如果按照以往常規(guī)圖根控制測量的方法,利用全站儀、水準(zhǔn)儀進行導(dǎo)線平面和高程控制測量來作業(yè),每個作業(yè)組完成控制測量任務(wù)需要10~15d時間。作業(yè)隊共有27個作業(yè)組,每天的花銷較多,同時工期時間要求比較緊,作業(yè)隊根據(jù)實際情況決定抽出一個組利用南方鈴銳S80GPSRTK來完成圖根控制測量任務(wù),這樣可以保證其他作業(yè)組在進入測區(qū)1~2d內(nèi)就可以進行地形圖的測繪任務(wù)。要求利用GPSRTK進行圖根控制測量作業(yè),每個圖根點必須在兩個不同的基站測量兩次,兩次成果的X,Y,H的差值不超過±3cm,RTK組用了半個多月的時間就完成了整個測區(qū)2500多個圖根點平面和高程兩次測量的測繪任務(wù),兩次成果的差值完全滿足技術(shù)要求,確保按期完成了測繪任務(wù)。
　　2.2南方鈴銳S80RTK的作業(yè)過程
　　基準(zhǔn)站的架設(shè)及連接RTK基準(zhǔn)站(主機)的架設(shè)有兩種情況:①架設(shè)在已知點上;②架設(shè)在未知點上。兩種情況的主要區(qū)別是:當(dāng)架設(shè)在已知點時,基準(zhǔn)站(主機)要進行精確的對中、整平;當(dāng)架設(shè)在未知點時,只需整平即可。當(dāng)主機、發(fā)射天線架設(shè)好以后,接著要進行主機、電臺、天線、電瓶接線的連接,一定要注意:電瓶有正負極,接線時一定要黑色接線連電瓶負極,紅色接線連電瓶正極,否則會燒毀電臺。接線連好后,打開電臺和主機,當(dāng)電臺、主機正常工作后再打開移動站,移動站工作正常后,打開PDA手簿。數(shù)據(jù)采集結(jié)束后,應(yīng)先關(guān)閉主機、電臺后再拆除連接線。主機、移動站動態(tài)、靜態(tài)模式轉(zhuǎn)換:主機開機后按住電源開關(guān)鍵連續(xù)響三聲關(guān)機后繼續(xù)按開關(guān)鍵,13s后響第一聲是動態(tài)模式,第二聲是靜態(tài)模式;移動站關(guān)機后連續(xù)按13s后第一、第二聲與主機相同,第三聲是藍牙初始化。注意:在實際工作中由于考慮電臺的作用距離,要求基準(zhǔn)站應(yīng)架設(shè)在地勢較高、周圍環(huán)境比較開闊、鄰近不應(yīng)有強電磁輻射源的地方,大多數(shù)已知點很難滿足上述要求,一般情況下基準(zhǔn)站都架設(shè)在未知點上。
　　2.3PDA手簿工程之星軟件的操作
　�。�1）按PDA手簿開關(guān)鍵打開手簿打開工程之星軟件,出現(xiàn)幾秒鐘的封面后,即進入主界面,主界面中的工程菜單中包括8個子菜單:新建工程、打開工程、新建文件、選擇文件、刪除作業(yè)、任務(wù)管理、文件輸出和退出。
　　（2）新建工程操作
　　工程→新建工程,點擊菜單工程選項,然后選擇新建工程。依次按要求填寫或選取以下工程信息:工程名稱、橢球系名稱、投影參數(shù)設(shè)置、四參數(shù)設(shè)置(未啟用可以不填寫)、七參數(shù)設(shè)置(未啟用可以不填寫)和高程擬合參數(shù)設(shè)置(未啟用可以不填寫),最后確定新建工程完畢(此種新建工程的方式默認(rèn)為“向?qū)?rdquo;)。注意:建立工程設(shè)置橢球參數(shù)時,應(yīng)當(dāng)知道所采用的已知點的坐標(biāo)系。
　　（3）新建文件操作
　　工程→新建文件,工程建完后可以建立一個文件名,每次開機都默認(rèn)是上一次關(guān)機時的文件名,所采集的成果也保存在該文件名下,如成果不想存在該文件名下,可以重新建立文件。
　　2.4圖根控制點的測量
　　當(dāng)工程建立完畢之后可以進行圖根點的測量,測量前應(yīng)當(dāng)在建立的工程目錄下選擇一個文件或新建一個文件,測量的數(shù)據(jù)自動存儲在該文件下。
　　2.5測量參數(shù)校正
　　GPS測量的是WGS-84系坐標(biāo),而我們通常需要的是在流動站上實時顯示國家坐標(biāo)系或地方獨立坐標(biāo)系下的坐標(biāo),這需要進行坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換,即點校正。點校正可以通過兩種方式進行。1)在已知轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下如果有當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)與WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換七參數(shù),則可以在測量控制器中直接輸入,建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。如果工作是在國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)下進行,而且知道橢球參數(shù)和投影方式以及基準(zhǔn)點坐標(biāo),則可以直接定義坐標(biāo)系統(tǒng),建議在RTK測量中最好加入1~2個點校正,避免投影變形過大,提高數(shù)據(jù)的可靠性。2)在不知道轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下如果在局域坐標(biāo)系統(tǒng)或任何坐標(biāo)系統(tǒng)進行測量,可以直接采用點校正方式建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,平面至少3個點,如果進行高程擬合則至少要有4個水準(zhǔn)點參與點校正。a)基準(zhǔn)站架在已知點(假設(shè)為A)校正①利用一個點校正當(dāng)基準(zhǔn)站設(shè)在已知點時,校正時選擇基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點,輸入A點的坐標(biāo)和高程,按確認(rèn)鍵即可。注意:校正時當(dāng)前狀態(tài)不是Fixed時會彈出提示“當(dāng)前不是Fixed狀態(tài),是否繼續(xù)校正”,這時應(yīng)該選擇NO,等狀態(tài)為Fixed時重新校正。②利用兩個點進行校正(假設(shè)第二點為B):①校正完成后,重新選擇校正,當(dāng)出現(xiàn)①的校正界面時選擇下一步,這時屏幕提示,輸入第二點(即B點)坐標(biāo),確認(rèn)移動站在B點對中整平并且在Fixed狀態(tài)下完成校正。利用三點校正方法與兩點校正相同。b)基準(zhǔn)站架在未知點校正基準(zhǔn)站架設(shè)在未知點上的校正方法與已知點上的方法一樣,只是在PDA手簿校正模式中選擇基準(zhǔn)站架設(shè)在未知點上。一般情況下,由于受周圍環(huán)境的限制,為了發(fā)揮RTK的最佳效果,基準(zhǔn)站一般都架設(shè)在未知點上。
　　2.6數(shù)據(jù)采集
　　參數(shù)校正完成后即可進行圖根控制點的測量,選擇測量→目標(biāo)點測量,當(dāng)PDA手簿測量界面狀態(tài)欄為Fixed狀態(tài)時即可以開始測點,按PDA手簿“-”鍵存儲當(dāng)前點坐標(biāo)(坐標(biāo)存儲在我們新建的文件夾中),默認(rèn)點名為point1,測量時可以根據(jù)需要隨時輸入實際的點名,輸入天線高(一般為2.15m)。PDA手簿測量界面有圓形和三角形兩種顯示方式,當(dāng)天線位置靜止不動,或移動的范圍小于2cm時,則以圓形表示;當(dāng)天線移動的時候,顯示位置為三角形,三角形的銳角方向為移動方向。繼續(xù)存點時,點名將自動累加(可以改名存貯)。當(dāng)所有的點采集完畢后,點擊工程退出程序關(guān)機即可。如果在數(shù)據(jù)采集過程中出現(xiàn)搜索電臺失敗時,可以點擊工程退出程序,然后重新進入工程之星或者按PDA后面的按鈕,重新初始化PDA手簿,直至搜索電臺成功。
　　三、RTK技術(shù)與傳統(tǒng)控制測量作業(yè)比較的優(yōu)缺點
　　3.1定位精度高與傳統(tǒng)控制測量作業(yè)比較,定位精度高,安全可靠,沒有誤差積累,只要滿足RTK的基本工作條件,在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)(如南方鈴銳S80一般為4~10km),RTK的平面定位精度可達1cm+1ppm,高程定位精度可達20mm+2ppm。
　　3.2作業(yè)效率高
　　傳統(tǒng)的控制測量既要進行平面控制的邊、角測量,又要進行高程控制的水準(zhǔn)測量,控制成果要經(jīng)過內(nèi)業(yè)平差處理才能得到,有時由于外業(yè)測量的粗差、誤差導(dǎo)致各種限差超限,成果精度達不到要求而重新返工,既費時又費力。而RTK技術(shù)作業(yè)靈活,由于采用了載波相位動態(tài)實時差分技術(shù),幾秒鐘內(nèi)即可得到測量點的坐標(biāo)成果,這樣可以保證其他作業(yè)組迅速進行測圖工作。同時,RTK操作簡便,兩人操作即可,大大降低了控制測量的外業(yè)作業(yè)強度,徹底擺脫了常規(guī)控制測量中的返工現(xiàn)象,工作效率是常規(guī)控制測量的十幾倍。
　　3.3作業(yè)要求低
　　常規(guī)控制測量要求導(dǎo)線上的相臨兩點必須互相通視,同時還要受到邊長、最大最小邊長之比、導(dǎo)線長度等的限制。RTK技術(shù)不受通視條件的限制,同時受能見度、氣候、季節(jié)、時間等因素的影響也較小,只要滿足RTK的基本工作要求,就能進行快速、高精度的定位作業(yè)。
　　3.4RTK技術(shù)的不足
　　受衛(wèi)星狀況及周圍環(huán)境的限制,在高山峽谷深處、城市高樓密布區(qū),由于衛(wèi)星信號受到遮擋,一般不能得到坐標(biāo)成果或容易產(chǎn)生假值�？紤]電臺的作用距離,要求基準(zhǔn)站應(yīng)架設(shè)在地勢較高、周圍環(huán)境比較開闊、鄰近不應(yīng)有強電磁輻射源的地方。另外,RTK的高程精度低,對于高等級的控制測量不能采用RTK高程,應(yīng)該采用水準(zhǔn)測量,而對于圖根控制測量高程精度可以滿足要求。
　　參考文獻:
　　[1]王國祥,梅熙.GPSRKT技術(shù)在工程測量中的應(yīng)用[J].四川測繪,2001,24(4):166-167.
　　[2]康紅星.GPSRTK技術(shù)在城市控制測量中的應(yīng)用[J].工程設(shè)計與建設(shè),2004,1(36):33-36

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