特殊測區(qū)的RTK適用性分析

洪錦山

(漳州市測繪設計研究院，福建漳州 363000)

特殊測區(qū)的RTK適用性分析

洪錦山?

(漳州市測繪設計研究院，福建漳州 363000)

分析了RTK測量誤差來源，以某市重點建設項目驗收的控制網(wǎng)布設(道路竣工測量RTK控制網(wǎng)的布設)為例，對參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下RTK的平面、高程精度的對比統(tǒng)計，定量分析了特殊測區(qū)布設的RTK控制點的適用范圍。

RTK；誤差；精度

1 引 言

隨著計算機技術和通信網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，GPS技術的普及和發(fā)展更加突飛猛進，特別是GPS RTK測量的出現(xiàn)，既減少了測繪工作的強度和人員的投入，也大大提高了測繪工作的效率，促使GPS RTK測量的廣泛應用成為一種趨勢和必然。RTK測量由流動站采集衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)鏈接受來自基準站的數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，通過坐標轉(zhuǎn)換的方法將觀測到的地心坐標系坐標轉(zhuǎn)換為制定的坐標系中的坐標。坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，應采用不少于3點的高等級起算點兩套坐標系成果，所選點應分布均勻，且能控制整個測區(qū)[1]，然而如何有效掌握GPS RTK測量的精度，特別是如何掌握在利用坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下(起算高等級點不能完全控制整個區(qū)域)的精度(平面和高程精度)，已成為目前測繪工作者急需要解決的問題。本文以某市重點建設項目的驗收所布設的控制網(wǎng)為例，定量分析了特殊測區(qū)布設的RTK控制點的適用范圍。

2 RTK測量誤差來源分析

GPS RTK定位技術是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，主要由三部分組成，即基準站、流動站和數(shù)據(jù)鏈[2]。基準站連續(xù)把觀測到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)射出去，流動站實時差分處理基準站和流動站的載波相位觀測值，獲取所在點的坐標、高程和精度指標。由于RTK測量缺少必要的檢核條件，作業(yè)時如果操作失誤或某些技術問題處理不當，都將會給測量成果帶來嚴重影響。因此，讓測量人員及時了解RTK的技術特點和適用范圍是掌握、提高RTK測量成果精度的技術關鍵[3]。

2.1 測區(qū)坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)引起的精度損失

RTK測量，首先需要輸入控制點的WGS－84坐標和地方坐標系坐標，從而求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，其他點依據(jù)此轉(zhuǎn)換參數(shù)經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換得到地方坐標。坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)求解的誤差與控制點的精度和分布有關，所以控制點的選擇是否恰當，會直接影響轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，進而引起RTK測量成果精度的損失。根據(jù)《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術規(guī)范》要求:轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解，應采用不少于3點的高等級起算點兩套坐標系成果，所選點應分布均勻，且能控制整個測區(qū)。

2.2 基準站與流動站之間的距離誤差

基準站與流動站之間的距離、軌道誤差和大氣延遲誤差對RTK測量精度影響較大，誤差的空間相關性隨基準站與流動站間距離的增大而逐漸失去線性，因此在二者較長距離下，經(jīng)過差分處理后的流動站數(shù)據(jù)仍然含有較大的觀測誤差，從而容易導致定位精度的降低與無法解算載波相位的整周模糊度。規(guī)范根據(jù)要求精度不同，測點到基準站的距離最大允許10 km。

2.3 基準站的誤差

流動站的坐標是通過基準站的坐標和基線向量得到的，因此，基準站的誤差會系統(tǒng)性地帶入到流動站的結(jié)果中，最終影響到流動站的坐標。而且，基準站的對中、整平等人員操作誤差也會系統(tǒng)地帶入到流動站的結(jié)果中，同時基準站周圍環(huán)境對RTK觀測質(zhì)量的影響也會影響到流動站坐標的解算。

2.4 其他誤差

數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制，RTK數(shù)據(jù)傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物、茂密樹林和各種高頻信號的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，影響測量精度。此外還受到衛(wèi)星狀況限制等等。

3 特殊測區(qū)的RTK適用性分析

正常的參數(shù)覆蓋范圍內(nèi)進行RTK測量能確保測量精度，但是有時會因為現(xiàn)場條件不完全滿足規(guī)范要求，本文即是研究在參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下，通過比較RTK測量成果的平面及高程精度來探討RTK的適用范圍。

3.1 工程概況

某市的重點建設項目的驗收——新規(guī)劃“L形”道路的竣工測量，主要包括道路中線、邊線的平面坐標和高程測量、地下管線(雨水、污水)走向和管底標高測量。我院接到任務后，急需沿擬驗收“L形”道路布設控制網(wǎng)(要求精度高于圖根控制)用于竣工測量。受現(xiàn)場條件制約，測區(qū)絕大部分都在參數(shù)覆蓋范圍外且遠離基準站點。為便于進行統(tǒng)計分析，人為將“L形”道路布設的控制網(wǎng)分為Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ－Ⅳ－Ⅴ－Ⅵ五段控制網(wǎng)。圖1為測區(qū)控制網(wǎng)示意圖，圖2為道路走向及RTK控制點分布示意圖。S1、S2、S3為用于求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知D級GPS控制點，基準站架設在S1和S2近中點的兩層房頂上，由S1、S2、S3計算得到的參數(shù)符合規(guī)范要求。Ⅱ－Ⅲ－Ⅳ－Ⅴ控制網(wǎng)處于參數(shù)覆蓋范圍外，Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ距離基準站點≤3.2 km，Ⅲ－Ⅳ－Ⅳ距離基準站點≤4 km，L1－L2為參數(shù)覆蓋范圍向西南外擴500 m的范圍線。

圖1 測區(qū)控制示意圖

圖2 道路走向及RTK控制點分布示意圖

3.2 不同區(qū)域點位精度

以下依據(jù)上述特殊測區(qū)進行RTK測量，分析在參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下及測點離基準站的距離對RTK平面、高程精度的影響，從而定量地分析RTK的適用范圍。

(1)區(qū)域劃分

圖1中A區(qū)域為離基準站距離3.2 km與離參數(shù)覆蓋范圍外擴500 m內(nèi)側(cè)所交，豎線表示；B區(qū)域為離基準站距離3.2 km～4 km之間與離參數(shù)覆蓋范圍外擴500 m內(nèi)側(cè)所交，45°斜線表示；C區(qū)域為離基準站距離3.2 km～4 km之間與離參數(shù)覆蓋范圍外擴500 m外側(cè)所交，網(wǎng)格線表示，此區(qū)域“L”形中部的拐角處為山體開挖部分，道路兩側(cè)有山體及茂密龍眼林；D區(qū)域為離基準站距離超過4 km的部分與離參數(shù)覆蓋范圍外擴500 m內(nèi)側(cè)所交，135°斜線表示；E區(qū)域為參數(shù)覆蓋范圍內(nèi)與離基準站 4 km之間的交叉部分，橫線表示。

(2)作業(yè)方式及精度統(tǒng)計

路線Ⅰ－Ⅱ－Ⅲ－Ⅳ－Ⅴ分別穿過A、C、B、D區(qū)域，用中海達V8 GPS接收機(標稱精度:平面 10 mm＋ 1 ppm；高程20 mm＋1 ppm)以RTK測量方式共布設40個平面控制點，相鄰點間平均邊長在180 m左右，這些控制點都以四等水準測量測得其水準高。第一次利用這些成果進行該項目的竣工測量，發(fā)現(xiàn)測得的“L”形道路拐角處中線交點坐標與設計坐標存在一定的偏差，在RTK點設站、定向后采集的定向點坐標與定向點的已知坐標有不規(guī)律的偏差，全站儀量測的相鄰兩RTK點的距離與坐標反算的距離也有偏差(邊長較差見表1)，所以我們首先懷疑RTK布設的控制點精度有問題，后來再在不同日期的上午、下午共測得4次RTK成果，發(fā)現(xiàn)它們的數(shù)據(jù)也不盡相同，最后再利用全站儀測距和RTK坐標反算距離來推測粗差。通過這幾次測得的數(shù)據(jù)進行反復比較分析，得出RTK測量成果在特殊測區(qū)在不同區(qū)域的點位精度統(tǒng)計表，如表1所示。

RTK測點精度統(tǒng)計表 表1

RTK平面控制測量技術要求 表2

RTK高程控制測量技術要求 表3

(3)數(shù)據(jù)分析

參考規(guī)范的技術指標(詳見表2和表3)[3]，分析表1的統(tǒng)計數(shù)據(jù):

①A區(qū)無論平面還是高程都可以達到很高的精度，甚至能達到儀器的標稱精度，說明在離基準站不是很遠的情況下，參數(shù)覆蓋范圍外的部分區(qū)域的點位精度也是有保證的(此例約為500 m)。

②B區(qū)與A區(qū)比較，平面精度降低，高程精度無明顯變化，說明在參數(shù)影響相同的情況下，離基準站的距離越遠，平面精度降低；而在離基準站一定范圍內(nèi)(本例4 km)，點位高程受離基準站的距離影響比較小。

③C區(qū)與B區(qū)比較，在離基準站等距離的情況下，參數(shù)覆蓋范圍對點位平面精度影響迅速而強烈。

④D區(qū)與B區(qū)比較，點位的平面及高程精度都有所降低，說明在離基準站一定范圍外(本例4 km)點位精度受參數(shù)覆蓋范圍與離基準站距離的共同影響。

⑤C、D區(qū)域的點位平面坐標、高程互差變動比較大，說明此區(qū)域的平面坐標及高程一致性比較差，間接說明此區(qū)域坐標精度較低。點位最差點為在C區(qū)域“L”形道路的拐角處的K20、K21、K22點，此三點的多次RTK測量較差見表4，考慮到此處為山體開挖部分，地勢不開闊，RTK信號受到周圍山體及樹林的影響導致精度過低。

K20、K21、K22 RTK測量值較差 表4

在本例后期布設控制網(wǎng)時，不采用其RTK值，而是選取A、B區(qū)域點位精度良好的點作起算點測設城市二級導線覆蓋C、D區(qū)域。

⑥A、B、D、E等參數(shù)覆蓋區(qū)域(包括外推500 m) RTK平面高程精度能滿足規(guī)范規(guī)定的地形碎部點精度要求的，在離基準站一定范圍內(nèi)(本例4 km)的A、B、E區(qū)域能滿足規(guī)范規(guī)定的圖根控制點精度要求。

4 結(jié) 語

綜合分析本例數(shù)據(jù)，可以得到如下結(jié)論:

(1)在距離基準站一定距離(本例3.2 km)且在參數(shù)覆蓋范圍(本例E區(qū)域)及其外擴一定范圍內(nèi)(本例500 m，A區(qū)域)，即使是在參數(shù)覆蓋范圍不佳情況下，RTK測量的點位精度仍然有保證。

(2)RTK測量精度受參數(shù)覆蓋范圍、與離基準站的距離、基準站點位精度以及RTK信號強度、干擾的共同影響，參數(shù)覆蓋范圍對點位平面精度影響多過對點位高程精度影響，離基準站距離遠近對高程的影響多過對平面的影響；RTK信號強度、干擾對精度的影響具有隨機性，無法準確判斷。

(3)在距離基準站一定距離(本例4 km)，在參數(shù)范圍內(nèi)及其外擴一定距離(本例500 m)，點位平面、高程精度均能得到保證。

[1] CH/T 2009－2010.全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量(RTK)技術規(guī)范[S].

[2] 黃聲享，郭英起，易慶林.GPS在測量工程中的應用[M].北京:測繪出版社，2007

[3] 張宏，劉學.RTK定位測量的誤差分析及提高精度的關鍵[J].城市勘測，2007(1):18

[4] GB/T 18314－2009.全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范[S].

[5] CJJ/T 73－2010.全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程[S].

[6] GB50026－2007.工程測量規(guī)范[S].

重慶市規(guī)劃管理進入三維仿真時代

(本刊訊)近日，重慶市規(guī)劃局正式發(fā)布《渝規(guī)發(fā)【2012】19號》文件，規(guī)定:自今年4月1日起，重慶市主城區(qū)全面試行三維仿真系統(tǒng)輔助規(guī)劃管理新模式，即在規(guī)劃用地選址、方案審查、審定及竣工規(guī)劃核實環(huán)節(jié)均采用建筑三維仿真系統(tǒng)輔助項目管理，至此，重慶市規(guī)劃管理工作進入三維仿真時代。三維仿真作為一種新興的空間信息技術，近年來在歐美等發(fā)達國家已經(jīng)開始全面建設，在國內(nèi)也有多個城市開展應用，此次三維仿真系統(tǒng)正式被納入重慶市規(guī)劃報建流程，也使重慶市成為繼寧波、廣州之后實行三維仿真輔助規(guī)劃管理的城市。

近年來，針對重慶山地城市的特點，重慶市規(guī)劃局下屬重慶市勘測院在三維仿真建設方面做了大量工作。一是編制了重慶市地方標準《城市三維建模技術規(guī)范》，并由重慶市質(zhì)量技術監(jiān)督局向社會發(fā)布；二是完成了主城區(qū)建成區(qū)的三維現(xiàn)狀模型覆蓋工作；三是開展了面向城市規(guī)劃管理、招商引資、開發(fā)建設、地上地下一體化管理等領域的廣泛應用，開發(fā)的應用軟件獲得國內(nèi)多項大獎；四是在三維仿真技術領域培養(yǎng)了一批具備豐富技術經(jīng)驗的人才隊伍。此次將三維仿真納入規(guī)劃管理程序，體現(xiàn)了未來城市規(guī)劃管理向立體化、數(shù)字化發(fā)展的趨勢，將有力加強對已有成果的應用，顯著推進我市規(guī)劃工作可視化、精細化管理。

(重慶市勘測院 李淑榮、張秋供稿)

The Practicality Analysis of RTK for Speciae Area

Hong Jinshan
(Zhangzhou Institute of Surveying and Mapping，Zhangzhou 363000，China)

This paper analyzes the error sources of RTK measurement，comparative and statistics the plane and elevation precision of RTK by example on a road construction surveying control network of RTK，quantitative analysis of the applicable control range in the adverse conditions of RTK network.

Real Time Kinematic(RTK)；Errors；Precision

2011—11—24

洪錦山(1969—)，男，高級工程師，主要從事城市規(guī)劃測量、城市市政道路測繪等測繪工程。

1672－8262(2012)02－107－04

P228

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