RTK技術結合傳統導線進行城市地形控制測量

劉 沛

RTK技術近年來發展可謂突飛猛進,它在各種控制測量、地形測圖、工程選線及工程放樣中應用廣泛,與常規儀器相比非常明顯地提高了作業效率和作業精度。尤其是CORS站的建立,使得RTK的一次測量作業半徑進一步放大。

RTK受衛星狀況的限制,衛星高度角及電離層和對流層的影響對測量精度的限制是不可避免的。高樓及植被覆蓋區域數據鏈傳輸受干擾和限制使得作業半徑比標稱距離小。RTK測量的橢球高與水準高的基準面的不平行給RTK高程測量帶來誤差。這些因素說明RTK并不是萬能解決方案。在一般城市基礎控制測量中,測量控制點不完全是為了滿足某一次地形圖測量,用途更大的往往是解決本區域的測量基準問題。因此,RTK技術與傳統導線測量相結合則相得益彰,可以兼顧工作效力及測量要求兩個方面。本人以項目負責人的身份曾完成中山市中心城區東部地區1∶500數字化地形圖測量第二標及沿海測區第六標的測量工作。得到了原始數據并進行了分析比較,結合控制測量的方案及測量中遇到的問題進行了分析探討。

1 控制測量方案擬定

中山市中心城區東部地區1∶500數字化地形圖測量屬中山市國土資源局基礎測繪項目。地形圖及控制測量要求滿足一測多用的目的。測區面積約5.0 km2,以工業廠房為主,西北及西南分布兩個居民房密集的村莊,東南分布一座小山丘。經討論決定測區平面控制測量分三個步驟:一級導線、二級導線、圖根導線及RTK測量。一、二級導線宜布設成直伸等邊形狀,導線相鄰邊邊長之比不宜超過1∶3,其圖形盡可能布設成結點網或單結點形式,當附合導線長度不足規定長度1/3時,導線全長的絕對閉合差不得超過±13 cm。利用GPS進行RTK測量圖根控制部分,RTK測量的起算數據為測區布設的一、二級導線點或原有的GPS E級點。點位精度按CJJ 8-99城市測量規范要求進行。RTK起算點不少于5個,并應均勻分布在測區周圍和測區中部,同時在測區周圍和中部測定不少于5個檢查點,并分析GPS點位精度和擬合殘差。對視野開闊的主要道路布設一級導線點,其次布設二級導線,在一、二級導線網的基礎上,加密圖根控制點以方便地形圖測量之用,圖根控制測量分兩部分:1)在村莊房屋密集區布設圖根導線,進行常規圖根導線測量;2)在比較空曠的地區進行RTK測量。

2 控制測量

測區周圍共分布可作為導線起算數據的GPS E級點3對,共觀測一級導線9.4 km,二級導線12.4 km。原計劃大部分區域施測RTK控制測量,但實際測量時街巷內部的衛星信號太弱,難以鎖定數據鏈。故臨時決定布設圖根導線,共施測圖根導線4.38 km,GPS RTK測量166點。對于這一測量布局,經實際操作,收到了很好的效果。既保證了工期,也滿足了測量要求,對后期的測圖人員來說,就更加靈活了。

RTK可以直接測量圖根點的坐標及高程,要求作業半徑不應超過5 km,對同一點均應進行同一參考站或不同參考站的兩次觀測,其平面較差及高程較差不應大于0.1 mm及1/10的等高距。為了方便RTK測量結果與各級圖根導線測量結果進行比較,RTK測量計劃設兩次參考站,第一站以原有的GPS E級點作為起算數據,第二站以一、二級導線測量成果作為起算數據。

當地坐標系:中山統一坐標系;

長軸半徑和扁率:6 378 317.000,298.300 000 000;

中央子午線:113°22′00.000 0″E(dms);

東西向偏移:50 000.000 m;

南北向偏移:0.000 m;

中央子午線投影長度比:1.000 00;

投影面高程:0.000 m。

RTK測量進行平面及高程擬合,最大平面中誤差為0.040 2 m,最大高程中誤差為0.024 6 m。其坐標轉換參數及殘差見表1,表2。

表1 坐標轉換參數

表2 殘差 m

本次 RTK測量進行平面及高程擬合,最大平面中誤差為0.040 2 m,最大高程中誤差為0.024 6 m,滿足《規范》要求。

一、二級導線及圖根導線測量利用TOPCON GTS-702全站儀施測水平角采用方向法觀測。一、二級導線邊進行往返觀測,往返各觀測兩測回,一條邊共測距8次,取平均值作為邊長值。測距時讀氣壓,溫度,氣壓讀至100 Pa,溫度讀至0.5℃,讀取的氣壓與溫度直接輸入儀器,儀器自動作邊長改正。圖根導線測量只進行單邊測量,觀測兩測回,一條邊共測距4次,取平均值作為邊長值。測距時讀氣壓,溫度,氣壓讀至 100 Pa,溫度讀至0.5℃,讀取的氣壓與溫度直接輸入儀器,儀器自動作邊長改正。

一、二級導線外業觀測完畢后,對相關軟件記錄的電子手簿進行200%的檢查,對檢查后的角度及邊長數據輸入清華山維控制網平差軟件進行經典平差。一級導線平差結果為:方向中誤差為4.45″(允許差 ±5.0″),最大方向閉合差為 26.5″(允許差±33.2″),最大導線相對閉合差為1/27 730(允許1/14 000),最大導線全長絕對閉合差9.88 cm(允許±13 cm)。二級導線平差結果為:方向中誤差為 4.61″(允許差 ±8.0″),最大方向閉合差為 -25.2″(允許差±45.2″),最大導線相對閉合差為1/19 275(允許1/10 000),最大導線全長絕對閉合差8.33 cm(允許±13 cm)。

圖根導線平差結果為:方向中誤差為14.2″,最大方向閉合差為 49.3″(允許差±2′33.2″),最大邊長比例誤差為 1/12 206(允許1/4 000),最大導線相對閉合差 2.73 cm(允許±13 cm)。

高程控制測量系在測區內組成四等水準網,圖根水準系在四等水準基礎上進行。

3 測量數據(部分)分析比較

表3 測量數據分析比較表一

表4 測量數據分析比較表二

經表3數據比較:最大ΔX=4.2 cm;最大ΔY=-4.1 cm;最大ΔH=-3.4 cm。經表 4數據比較:最大ΔX=2.0 cm;最大ΔY=2.7 cm;最大ΔH=1.3 cm。從表 3,表4可以看出,RTK平面及高程測量成果足以滿足圖根控制測量的要求。

4 綜合分析比較

RTK測量速度快,投入的人力少,能夠實時迅速地完成控制測量任務。這對以往工程測量中須等控制測量完成后才能進行地形圖測量起到互補作用。甚至必要時在測量現場即可進行起算點擬合并提供測量成果。而在衛星信號比較差的街巷、樹木覆蓋區則可以有充足的時間布設傳統導線測量。既保證了工程質量也保證了工期。就整個項目而言,有了RTK的利用,工作安排變得靈活多了。在測量過程中,位于東南側一山丘控制點的布設方案則更能體現RTK的優越性。若布設圖根導線,通視困難,測量難度較大,約需2 d～3 d時間完成。利用RTK測量則只用半天的工作量。相反,在村莊部分測量中,RTK初始化時間較長,測量精度難以保證,而測區特征地物點較多,施測圖根導線則更有效果。

[1]劉基余,李征航,王躍虎,等.全球定位系統原理及應用[M].武漢:武漢測繪科技大學出版社,1993.

[2]GB 50026-2007,工程測量規范[S].

[3]GB/T 18314-2001,全球定位系統GPS測量規范[S].