RTK技术替代常规控制测量的应用分析

GPSRTK技术替代常规控制测量的应用分析刘占林（南通市测绘院）【摘要】本文主要介绍了RTK技术在城市控制测量中的应用，对测量精度进行了一定的讨论和分析，得出一些有益的结论和体会。【关键词】RTK技术流动站基准站四等水准1前言RTK（RealTimeKinematic）技术又称载波相位动态实时差分技术，能够实时地提供测量点在指定坐标系中的三维坐标，并达到cm级精度。RTK技术的出现是测量技术史上的一场革命，并随着对其研究和应用范围的日益深入，势必将影响传统测量的方方面面。由于其在野外能够实时的提供测量点的三维坐标，具备灵活、快速、省时、省力等优点，显著地提高工作效率，深受广大测量单位的欢迎。我院引进Trimble5700设备后，通过多种实验、比较、证明，认为RTK技术能够替代常规控制测量，如一、二级导线测量，图根控制测量，四等水准测量等。目前，该技术已广泛应用于地形测量、航空摄影测量、地籍测量、房产测量、勘界与拨地测量、工程测量等各个领域。本文主要通过一些实验事例来探讨RTK技术在控制测量中的应用，希望与各位同仁互相交流，共同探讨，以达到推广应用RTK技术的目的。2基本方法RTK定位通常由一个基准站和一个或多个流动站组成。基准站一般架设在已知点（平面坐标或高程已知）上，点位一般位于测区中间，视野开阔，周围无高大的树木、楼房等建筑物影响，远离强电磁波发射源和大面积的水面。如果事先没有确定地心坐标（WGS-84）与当地坐标系的转换参数，也可以将基准站架设在符合上述条件的未知点上。流动站依次设置在待测点上观测。基准站和流动站同时接收卫星信号。基准站通过连接的电台将测站坐标、伪距观测值、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态发送给流动站。流动站接收该信息后与卫星信息进行实时差分平差处理，实时得到流动站的三维坐标及其观测精度信息。求解平面转换参数，至少要联测两个平面坐标点，求解高程转换参数则需要联测三个高程点。为了提高地心坐标系与当地坐标系数学模型的拟合程度，进而提高待测点的精度，通常要联测尽可能多的已知点。转换参数的求得通常有两种方法：1、充分利用已有的GPS控制网资料，将多个已知点的地心坐标与相应的当地坐标输入电子手簿中，基准站架设在已知点上实地虚拟联测，解算出转换参数；2、基准站架设在已知点或未知点上，流动站依次测量各已知点的地心坐标，将各已知点所对应的当地坐标系的平面坐标和高程输入手簿中进行点校正，淘汰校正残差比较大的已知点，从而解算出两坐标系之间的转换参数。3RTK平面测量事例3.1某镇RTK测量在南通市某镇26平方公里1：500地形测量中，采用RTK技术来代替常规二级导线测量。本次基准站设置在测区中部的农田中，符合基准站的架设条件，与已知点的距离在3.4～4.0km之间。联测四个C、D级GPS点和三个三、四等水准点，解算出两坐标系之间的转换参数，水平残差最大为±3.1cm，垂直残差最大为±0.7cm。为了提高待测点的观测精度，将天线设置在对点器上，观测时间大于20秒，采用不同的时间段进行两次观测取平均值；机内精度指标预设为点位中误差±1.5cm，高程中误差±2.0cm；观测中，取平面和高程中误差均小于±1.0cm时进行记录。观测后RTK点两次观测值坐标比较表如下：表一序号点名较差（cm）序号点名较差（cm）1A0011.624A0240.12A002025A0250.23A0031.126A0262.44A0040.627A0271.05A0051.328A0280.96A0061.729A0290.37A0070.930A0310.78A0081.631A0322.79A0092.832A0331.410A0101.133A0342.411A0110.734A0351.712A0121.235A0360.713A0131.336A0370.514A0142.637A0381.515A0150.638A0390.916A0161.239A0401.017A0170.940A0410.918A0180.641A0420.319A0191.142A0430.120A0200.343A0441.421A0211.544A0451.122A0220.945A0461.823A0230.246A0472.2通过表一可以看出，RTK点两次观测值坐标较差最大值为±2.8cm，最小值为0cm。考虑到两次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度双观测值的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。观测值中误差为：nddmg2=±0.9cm平均值中误差为：mp=±0.9/√2=±0.6cm在测量二级导线精度RTK点的同时，我们采用相同方法测量了测区附近的一级导线点和二级GPS已知点，一方面作为已知点进行检核，另一方面可以间接说明RTK的测量精度（见表二）。表二序号点号较差（cm）序号点号较差（cm）1I1260.87I1661.62I1280.98I1671.83I1291.79I1682.54I1301.310I1691.65I1640.611F0331.16I1651.612F0343.1表二中坐标较差值最大为±3.1cm，最小为±0.6cm。坐标较差值的中误差为±1.7cm，这说明RTK技术能满足《城市测量规范》中最弱点的点位中误差（相对于起算点）不大于±5cm的要求。3.2某路RTK测量在南通市某路1：500竣工地形图测绘工程中，因带状图较长，附近一、二级导线点均遭到破坏，如果采用常规控制测量方法无法满足甲方对工期的要求，故使用RTK技术进行了控制加密。本次测量分别取C区一级导线点C065、C126为基准站，进行了两次测量。观测后的RTK点坐标比较表如表三所示。表三序号点名较差（cm）序号点名较差（cm）1B9012.87B9072.92B9022.38B9080.23B9032.89B9092.54B9043.010B9102.75B9052.411B9112.26B9062.412B9120.2表三中坐标较差值最大为±3.0cm，最小为±0.2cm，坐标较差值的中误差为±2.4cm。我们使用2″级全站仪对RTK控制成果进行了角度和边长（按照二级导线精度）的检测，检测结果如表四所示。表四序号测站零方向反算夹角(°′″)实测夹角(°′″)夹角差值(″)待测点反算边长(m)(RTK)实测边长(m)(全站仪)边长差值(mm)1B901B902294.482294.480+22B902B901190°18′09″190°18′18″-9″B903317.674317.672+23B903B902182°21′53″182°21′56″-3″B904187.396187.390+64B904B903182°01′09″182°01′09″0″B905346.274346.280-65B905B904175°22′45″175°22′40″+5″B906256.012256.015-36B906B905184°35′14″184°35′05″+9″B907308.728308.718+107B907B906175°32′25″175°32′24″+1″B908316.609316.620-118B908B907185°27′23″185°27′10″+13″B909242.698242.69809B909B908174°35′54″174°35′57″-3″B910322.402322.407-510B910B909181°59′29″181°59′30″-1″B911313.658313.646+1211B911B910153°58′13″153°58′28″-15″B912285.846285.847-1注：夹角差值=反算夹角(RTK)－实测夹角(全站仪)边长差值=反算边长(RTK)－实测边长(全站仪)表四中夹角差值中误差为±7.8″，边长差值中误差为±6.6mm。边长差值最大为+12mm，边长差值相对误差最大为1/26000，以上均满足《城市测量规范》中对二级导线的要求。4RTK高程测量在某镇1：500地形测量项目中，我们采用常规手段对RTK控制点进行了四等水准测量。平差后，每公里高差中误差为±4.2mm，最弱点高程中误差为±6.5mm。在进行RTK平面控制测量的同时，我们也利用RTK技术进行了高程测量。两次RTK高程测量的成果较差如表五所示。表五序号点名二次高程较差（m）序号点名二次高程较差（m）1A015-0.01624A0350.0042A0140.00125A038-0.0253A013-0.02226A039-0.0364A0120.03927A031-0.0165A011-0.00228A0170.016A0100.02429A006-0.0477A018-0.00430A0050.0428A0190.00431A004-0.0069A0200.02232A0030.00510A0220.00533A0020.00811A021-0.00634A0010.01512A023-0.00135A016-0.01213A0240.00436A025-0.0214A026-0.01537A0080.03815A0270.00738A009016A0280.02239A0070.00717A0290.01640A032-0.00818A0430.00741A033-0.02519A042042A0340.04520A0410.0243A0460.01721A040-0.03144A047-0.00222A037-0.0145A0450.01923A036-0.01146A0440.016表五中高程较差最大为-4.7cm，最小为0cm。观测值中误差为±1.4cm，平均值中误差为±1.0cm。四等水准测量与RTK高程测量成果较差如表六所示。表六序号点名高程（CM）序号点名高程（CM）1A001-2.124A024-2.82A002-4.625A025-1.43A003-2.126A0263.14A004-2.627A027-2.25A005-4.828A028-1.16A006-2.329A029-2.87A007-2.830A031-1.58A008-4.631A032-3.39A009-2.832A033-1.910A010-3.433A034-0.111A011-3.234A035-0.112A012-2.935A036-1.013A013-2.136A037-0.414A014-2.337A038-0.515A015-2.038A039-1.216A016-3.039A040-1.517A017-3.040A041-0.418A018-1.341A042-1.019A019-0.242A043-2.420A020-0.243A044-0.221A021-2.544A045+0.522A022-1.745A046-1.623A023-2.646A047-2.0表六中高程较差最大为-4.8cm，最小为-0.1cm，高程较差中误差为±2.3cm。如果四等水准网高程中误差取±2.0cm，RTK高程测量的中误差采用其预设精度±2.0cm，则利用误差传播定律可以得到高程较差理论中误差为±2.8cm，高程较差允许误差为±5.6cm。可见表六求得的高程较差中误差小于高程较差理论中误差。利用RTK点高程反算高差并与相应四等水准观测高差比较，可以得到下表：表七序号测段高差较测段长度序号测段高差较测段长度差（cm）（Km）差（cm）（Km）1S04～A040-1.501.4129A013～A014-0.400.432S03～A046-1.001.1830A014～A015+0.200.393S02～A039-1.450.5231A035～A036-0.750.434S02～A031-1.450.2432A036～A037+0.700.405S01～A010-3.550.4633A037～A038-0.050.