GPS控制和网络RTK在实际工作中的运用探索

GPS控制和网络RTK在实际工作中的运用探讨宣城市国土资源发展中心程小峰摘要：本文主要介绍宣城市经济技术开发区水系调整规划测量工程的地形地貌，测量方案的选择，作业依据；GPS控制网的设计的一些要求，布设过程中应注意和考虑的问题，观测过程中的细节，数据处理分析所运用到的参数选择。控制网的精度评定的过程及精度分析。简要介绍网络RTK的原理，描述网络RTK技术在宣城市开发区水系调整规划测量中的应用，并作精度简单分析，推广网络RTK技术。关键词：GPS控制网精度分析网络RTK技术1概述测区范围大、通视条件较差、工期紧、任务量大、质量要求高，决定利用静态GPS技术进行控制测量和网络RTK进行外业数据的采集。由于GPS具有测量精度高、选点灵活、不需要造标、费用低、全天侯作业、观测时间短等优点，被广泛地用于大地测量、工程测量、地籍测量、物探测量及各种类型的变形监测中，但在河道横断面测量中应用还比较少，本文拟结合工程项目的实际，对GPS在河道横断面测量平面控制网布设、精度等进行探讨。RTK技术具有全天候工作，方便，快捷，高效，迅速地实现高精度的测量作业等；网络RTK在具备RTK的优点基础上，同时融入了通信网络技术等，使其测量范围更广，抗干扰性更强等优点。2平面控制测量2.1平面控制总体方案平面控制点为原有D级GPS控制点D015，D006，D044为起算数据，由于三个D级GPS点的位置过于集中，并位于测区的东北部，对于控制整个测区十分不理想，因此在原有的三个D级控制点上进行加密布设。加密控制点在四等GPS控制点基础上，采用E级GPS网加密，整个E级控制网布设10个控制点。控制网网型如图.1所示。点位布设满足条件：①点位的选择符合技术要求，利于扩展与联测。②点位的埋设基础稳固，便于长期保存，有利于扩展。③点位便于安置接收设备和操作，视野开阔其高度角大于15°。④点位一般远离大功率无线电发射源200米左右。图.1宣城市开发区水系调整规划测量控制网2.2GPS控制点测量2.2.1观测E级GPS控制点使用3台华测X20单频静态GPS接收机、2台华测X90接收机进行同步观测，标称精度5mm+1PPm×D。观测前根据星历预报认真编制观测计划，每一时段同步观测卫星有效颗数均大于4颗，卫星数据采样率为15s，卫星高度角均大于15°，PDOP值小于6，各条观测基线的整周模糊度因子在1.5以上，保证了卫星与接收机之间具有较强的图形强度；观测时间最短的为60min，平均重复设站率为2.2，观测前后各量取仪器高1次至1mm，两次量测较差均小于2mm，取其平均值为最后结果记录在观测手簿中。2.2.2数据处理E级GPS控制网基线预处理、数据质量检核及平差计算均采用华测公司研发的随机软件“华测CompassGPS静态处理平差软件”在计算机上进行。1）基线处理。基线解算在WGS1984坐标系下以同步观测的时间段为单位，采用广播星历按单基线双差固定解进行解算。各条基线均加入了空气传播延迟的修正，通过删除卫星、删除时间和选择不同的误差改正模型等方式进行人工干预解算基线。2)解算数据质量检校。外业数据采集按《全球定位系统（GPS）测量规范》要求的序幕进行全面校核，各项质量检验均符合要求。各项限差要求如下：边长中误差)10(62Dba（ｍｍ），重复观测基线边长互差22ds，同步环：Ｗx、Ｗy、Ｗz（ｍｍ）5/n，异步环：Ｗx、Ｗy、Ｗz（ｍｍ）n3注：D为网平均边长；n为环边数；σ为标准差，单位为mm；a固定误差，b比例误差系数。Ｗz的精度指标可放宽一倍。全网同步环共16个，闭合差最大的为0.93ppm,闭合差最小的为0.03ppm，闭合差平均值为0.363ppm。全网异步环共13个，闭合差最大的为1.83ppm，闭合差最小的为0.31ppm，闭合差平均值为0.981ppm。重复观测基线4条，最大的为1.55ppm，最小的为0.87ppm，平均值为1.31ppm。以上三项精度指标均小于规范规定限差值，则满足要求。3）1980西安坐标系三维约束平差。1980西安坐标系三维约束平差主要进行内部精度分析、粗差分析、单位权方差基数估算，提取基线构网。在基线向量校核合格后利用“华测CompassGPS静态处理平差软件”以相应的方差-协方差阵作为观测信息，以D级GPS控制点D006、D015、D044三点作为约束点，得到该网的1980西安坐标系三维约束平差，其结果如表1、2、3所示:表.1基线精度单位：cmxVyVzV最大改正数1.641.091.38最小改正数0.020.000.18表.2边长精度最高边1/2960125最弱边1/643387平均精度1/1204124注：基线总数：33条表.3点位精度单位：cmxmympm最大值0.220.440.63最小值0.100.110.22平均值0.1390.1680.324求得各基线分量改正数绝对值均满足：3V，3V，3V。4）1980西安坐标系二维约束平差。1980西安坐标系三维约束平差后，采用“华测CompassGPS静态处理平差软件”利用可靠的基线观测量，在1980西安坐标系内进行二维约束平差，以D级GPS控制点D006、D015、D044三点作为起算点，选取不同的拟合路线，采用附加地形改正的曲面拟合方法进行拟合，以检验E级GPS控制网的平面精度，平差后均符合《全球定位系统（GPS）测量规范》。E级GPS控制网1980西安坐标系平差精度见表.4。1980西安坐标系二维约束平差中各基线分量改正数同样是利用“华测CompassGPS静态处理平差软件”和1980西安坐标系三维约束平差同一方法求得，平差后两者的基线相应改正数的较差比较，其绝对值均满足：2Xdv，2Ydv。表.4GPS平差精度表误差类型1980西安坐标系三维约束平差1980西安坐标系二维约束平差最弱点中误差/cm边长相对中误差最弱点中误差/cm边长相对中误差E级网（共10点）0.921/26228451.981/589498控制网的布设合理规范，埋石点的埋设和及标志设置规范,GPS基线数据质量、平差成果准确可靠。为下一步测量外业工作的开展奠定了基础。3网络RTK外业测量3.1网络RTK工作原理网络RTK技术也叫多基站RTK技术，这是对普通RTK方法的改进。基于全球卫星定位导航系统的连续运行参考站网络（ContinuouslyOperatingReferenceStations,）也简称CORS系统，它是网络RTK的第三代定位技术。目前应用于网络RTK数据处理的方法有多种，其中虚拟参考站技术最为成熟。网络RTK系统由若干个连续运行的GPS基准站、计算中心、数据发布中心和移动站（用户——GPS接收机）组成，如图2所示。连续运行的GPS基准站实时将观测值传输至计算中心，计算中心根据各GPS基准站的观测值，计算区域电离层、对流层和卫星轨道等误差模型，并实时将各基准站的观测值减去其误差改正，得出无误差观测值，再结合移动站的观测值，计算出在移动站附近的虚拟参考站的相位差分改正，并实时地传给数据发布中心，数据发布中心实时接收计算中心的相位差分改正信息，并实时发布（可采用FM、或GSM、或COPD、或CDMA、或Internet等）。用户（移动站）通过接收不断传送的实时相位差分改正数据，结合自身GPS观测值，组成双差分相位观测值，快速确定整周模糊度和位置信息，实现高精度的实时定位。图2网络RTK原理图3.2测量精度评估网络RTK其误差来源是多方面的,如卫星星历误差,卫星钟误差等,还有在作业时的对中误差等,就此次宣城市开发区水系调整规划测量来讲，多路径效应对网络RTK的精度影响是最大的，尽管硬件和软件能降低这种影响,但是在树林边,水域边和居民地等一些敏感地带测点时,适当延长观测时间还是很有必要的。另外在高程拟合方面,大地水准面模型的精度高低也直接影响到内插值的精度。水系工程测量中，每幅图必须至少引入２个埋石控制点，这２个控制点可以满足用传统测量方法直接进行测量作业，距离一般不超过200米，平面坐标采用GPS经典静态方式引入，高程采用四等水准方式引入（一般有采用GPS拟合方式引入即可，本测区为检验网络RTK精度专门引入水准成果）。为检查网络RTK的精度，我们用网络RTK也对这新引入的两个点进行了联测，坐标对比如下：表１静态GPS平面成果与网络RTK平面成果对比点名x较差(mm)y较差(mm)点位较差(mm)GE0112-14±18GE05-1013±16表２水准高程与网络RTK高程对比点名水准高程(m)RTK高程(m)高程较差(mm)D01527.03327.01419D04430.49930.48118实践证明，网络RTK完全可以达到厘米级的精度，点位间不存在误差累计，满足宣城市开发区水系调整规划测量的精度要求。3.3外业测量为了使测量所得的成果统一于宣城市开发区要求的“宣城市独立坐标系”和“吴淞高程系”，所联测的控制点必须为这种坐标系下的成果。测前应在测区内选择三个及以上分布均匀的控制点进行点校正，即求解WGS84地心坐标与宣城市独立坐标系坐标系间的坐标转换参数，得出转换参数后便可进行下一步的测量工作。本次测量工作中，采用了四个移动站分两组同时进行作业，整个测量过程（包括联测控制点）只进行了10天的时间即完成外业采集任务，在相同的人力情况下传统测量技术是不可能办得到的。4结语本次宣城市开发区水系调整规划测量工作中，测区范围大、通视条件较差、工期紧、任务量大、质量要求高，在综合了静态GPS平面控制测量性能和网络RTK外业数据采集优点后，在工程中将两者有机的结合，在保证作业质量的前提下，极大的提高了工作效率和减少劳动强度。参考文献［1］韩忠芳，张振林，郭长城.黄河下游山东段GPS平面控制测量［J］山东水利，2011.5［2］黄俊华,陈文森.连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用[M].科学出版社,2010.［3］郭英起,袁晓明等.GPS测量定位原理和数据处理[M].哈尔滨:哈尔滨地图出版社,2005.