RTK技術及其在地物補測中的應用研究

賈雅斐

（寧夏煤礦設計研究院有限責任公司 寧夏 銀川 750011）

0 引言

RTK 與靜態(tài)測量有著明顯的區(qū)別，后者是用兩臺或兩臺以上GPS接收機同步觀測，對觀測值進行處理，可得到兩測站間精密的WGS-84 基線向量，再經(jīng)過平差、坐標傳遞、坐標轉換等工作，最終得到測點的坐標。顯然靜態(tài)測量不具備實時性。RTK 定位技術則是實時動態(tài)測量，需要在兩臺GPS 接收機之間增加一套無線數(shù)字通訊系統(tǒng)（亦稱數(shù)據(jù)鏈），將兩相對獨立的GPS 信號接收系統(tǒng)連成有機的整體。

1 RTK 坐標系轉換參數(shù)的求解

1.1 求解轉換參數(shù)

根據(jù)RTK 的原理， 基準站和流動站直接采集的都為WGS-84 坐標，基準站一般以一個WGS-84 坐標作為起始值來發(fā)射，實時地計算點位誤差并由電臺發(fā)射出去，流動站同步接收WGS-84 坐標并通過電臺來接收基準站的數(shù)據(jù)，條件滿足后就可達到固定解，流動站就可實時得到高精度的相對于基準站的WGS-84 三維坐標，這樣就保證了基準站與流動站之間的測量精度。 如果要符合到已有的橢球坐標系點上， 需要把WGS-84 坐標系統(tǒng)和現(xiàn)有坐標系統(tǒng)之間的轉換參數(shù)求出來。

因此，想要流動站得到精確的國家或地方坐標和高程，一要，在基準站輸入WGS-84 系坐標；二要，在流動站輸入WGS-84 系與國家坐標系的轉換參數(shù)。 WGS-84 系坐標由GPS 實地測量而得，WGS-84 系與國家坐標系的轉換參數(shù)通常由三參數(shù)法和七參數(shù)法求解。三參數(shù)法是通過求解兩不同坐標系中X、Y、Z 的平移量來實現(xiàn)坐標系的轉換，在控制區(qū)內有一點就能實現(xiàn)。 七參數(shù)法，通過求解兩不同坐標系中的三個平移變量、三個旋轉變量和一個比例參數(shù)，測區(qū)內有三點就能實現(xiàn)。 對于測區(qū)面積小于80km×80km 的情況下，一般用三參數(shù)法，七參數(shù)法適用于測區(qū)面積約為80km×80km， 但求解的旋轉參數(shù)不得大于10〞。

三參數(shù)和七參數(shù)是不能同時使用的，兩者只能選其一，七參數(shù)相對于四參數(shù)來說可以認為是更準確、精度更高，有條件的話盡量使用七參數(shù)。 但在具體測量時根據(jù)實際需要和現(xiàn)有情況確定選擇哪種參數(shù)。 在進行RTK 作業(yè)時把參數(shù)輸入到手簿中， 并在已知點上進行檢核，以確保其準確性。無論線路坐標系采用的是國家坐標系、城市坐標系或工程獨立坐標系，該模型均適用。

1.2 點校正

（1）基準轉換求解轉換參數(shù)；

（2）對正常轉換基準進行校正。

TGO 中選擇“測量 點校正”后便可進行點校正的相關工作，并把求得的轉換參數(shù)應用于整個網(wǎng)中進行計算。

不僅在測量軟件中能進行點校正，在手簿中也能點校正。 RTK 校正參數(shù)從原理上說參考站每次開機都需要重新校正，如果參考站架設在同一地點， 且每次開機發(fā)射的WGS-84 坐標都已經(jīng)通過設置來固定，那么校正參數(shù)就不需要再重新求解。Trimble Survey Controller 軟件可以設置為參考站發(fā)射坐標固定，這種方法因局限于參考站每次只能架設在同一個點上，因此很少采用。 所以每次開機校正一次是最常用的方法，這種方法參考站可以在已知點上，也可以在未知點上，但每次都需要一個已知點。 如果參考站在已知點，那么流動站可以在任何地方輸入?yún)⒖颊咀鴺藖硇Ｕ粎⒖颊驹谖粗c，流動站必需到已知點上輸入流動站坐標進行校正。 校正參數(shù)只是一個點的三維改正值，它默認了使用點所在的坐標系與WGS-84 坐標系北方向是一致的，但實際情況并非如此， 隨著距離的增大RTK 測量結果會和已知坐標系產(chǎn)生越來越大的偏移量，誤差也會越大。 如果是假定近似直角坐標就沒有這種距離限制， 因為通常假定的坐標北方向與WGS-84 方向是一致的。

以上是求參數(shù)的方法，在實際工作中，轉換參數(shù)是一個很重要的問題，所以一定要正確求取，最好留一些點進行檢查，以實時把握參數(shù)的精度。

2 控制點數(shù)據(jù)采集

GCP（地面控制點）是指該點在圖像上的準確位置和該點在地面坐標系中的坐標是已知的（亦即航測中的像片控制點），它是衛(wèi)星遙感影像幾何糾正和地理定位的重要基準數(shù)據(jù)源。 GCP 的數(shù)量、分布和精度等因素將直接影響影像幾何糾正的結果，所以選取足夠的、高質量的GCP 對于遙感數(shù)據(jù)后續(xù)處理至關重要。 GCP 的數(shù)量取決于：

從《隱居》出版的那天起，輿論界便形成了一個根深蒂固的想法： 我是別列多諾夫[40]或斯麥爾佳科夫。 Merci[謝謝]。[3]359

（1）影像校正采用的數(shù)學模型；

（2）GCP 采集方式或來源；

（3）研究區(qū)地形物理條件；

（4）影像類型和處理級別；

（5）成圖精度要求；

（6）所采用的軟件平臺。

GCP 的類型有平高點、平面點、高程點、檢查點、連接點。

由于非參數(shù)模型不能反映影像獲取時的幾何關系， 也不能過濾GCP 誤差，要比參數(shù)模型需要的GCP 數(shù)目多，才能達到降低輸入幾何模型誤差的目的。如果想達到與影像分辨率統(tǒng)一量級的制圖或定位精度，需要的實際GCP 數(shù)目是模型要求最少控制點數(shù)目的兩倍。 當用一階3D 有理函數(shù)模型，采用數(shù)據(jù)自帶的RPC 參數(shù)時，1-10 個GCP 就夠了。 當處理的影像多于一景時，每景影像都需要提供模型要求數(shù)量的GCP， 目前有理函數(shù)模型也可以支持區(qū)域平差。 由于非參數(shù)模型對GCP 的分布、數(shù)量非常敏感，因此GCP 的水平和垂直分布都要好。 對于3D 參數(shù)模型，每景影像需要1-6 個GCP。 當同時處理多景影像時，通過區(qū)域平差處理，使用連接點TP 可以減少對GCP 的需要。 參數(shù)模型的置信度、一致性和穩(wěn)健性比非參數(shù)模型要高，在生產(chǎn)環(huán)境下，一般不需要增加GCP 的數(shù)量。GCP 最好分布在影像的邊緣避免平面外插，在不同的高程下，特別是最高點和最低點最好有GCP。當然，不像非參數(shù)模型對GCP 的水平和垂直均勻分布有嚴格的要求。

為了控制一景或幾景影像， 達到一定的精度，GCP 必須滿足一定的位置和分布。 通常，我們要求GCP 分布均勻，并且影像的四角附近均要有一個GCP，這樣才能充分控制成圖區(qū)域的精度，當?shù)匦胃卟钶^大時，GCP 的垂直分布也非常重要， 在最高和最低點或其附近需要有GCP。 對于單景影像，一般需要6 個控制點，每個角一個控制點，中心區(qū)分布兩個控制點。 對于涉及多景的區(qū)域，對于GCP 的要求不一樣，主要考慮因素是區(qū)域范圍和景的分布結構，需要具體情況具體對待。

GCP 應選擇在攝影測量過程中可以精確到點的特征位置，所選特征與背景反差要大，最好是直角轉彎處，這樣GCP 定位相對容易。 理想的GCP 可以是水泥人行道交叉處或水泥地的角， 特別是與周圍地物反差較大的點。主要的交叉路口，沒有樹、建筑和電線且分布在公共場地。期次，是與相鄰道路相連的行車路，院子里的人行路和與柏油馬路上的水泥排水溝，交叉的人行路或停車場的角。 如果在鄉(xiāng)村采集控制點，具有城市特征的地物一般很難找到，籬笆和小路的交叉口，如果角度近于直角便可用作控制點。 GCP 要位于近地平面，不受陰影和透視對GCP 位置測量的影響，在影像中必須是恒久地物，選定后詳細描述以免類似特征混淆。

3 RTK 技術在地物補測中的應用

對于遙感影像上有云霧遮擋、 新增地物以及地物變動的區(qū)域，為了保證調繪精度的可靠性， 需要采用RTK 技術對無法直接調繪的區(qū)域進行測量，測量中在通視條件好的開闊區(qū)域架設基準站，流動站分別對變更地物逐一測量， 全部測量完成后再將成果展繪到南方CASS中，展繪圖像要求能與未變更的調繪圖像完全套合。 在測量過程中重點核實遙感影像圖中新增建設用地，改動的耕地以及云霧遮擋的或其它因素導致的難以識別的地物，在遙感影像圖中用兩種顏色標明變化圖斑的類型，紅色圖框表示已確認變化的圖斑，藍色圖框表示可疑變化圖斑。

3.1 農用地地類分布情況調查

利用2006 年遙感正射影像圖現(xiàn)場重點調查農用地地類變化情況，確認圖上標注的農用地、未利用土地的地類是否與實地現(xiàn)狀一致，如農業(yè)內業(yè)結構調整、生態(tài)退耕、土地開發(fā)復墾整理情況，特別是旱地、菜地、未利用土地的表示情況。

3.2 線狀地物核實

確認新增線狀地物的地類、權屬、位置、寬度，寬度要精確測量，同時標注在遙感圖和遙感監(jiān)測調查表上。

3.3 核查權屬界線

首先在圖上確認各級行政界線的位置和走向是否正確，對不準確的界線進行核實，將正確的界線在圖上用黑色進行調整和標注，不正確的界線打“X”標注。

3.4 圖幅接邊處地類核查

對遙感圖中在圖廓線上標注紅圈的位置，必須現(xiàn)場核實其圖斑的地類，確保圖幅線兩側地類與實地嚴格一致。

4 提高RTK 測量精度的方法

4.1 先通過權威部門測試儀器硬件和軟件性能， 其檢查結果需要符合相關規(guī)定。

4.2 檢查儀器水平氣泡和對中氣泡是否合格。

4.3 基準站選擇在通視條件良好，無大型磁場干擾的區(qū)域，一般情況下，該區(qū)域所接收到的衛(wèi)星數(shù)量應不少于7 顆。

4.4 在有衛(wèi)星干擾的地方，初始化速度較慢，有時即使顯示為固定解其精度仍然不高，這就需要等待片刻，等手簿顯示水平和高程精度比較理想后再施測。

4.5 精確求解轉換參數(shù)，這時需要保證已知控制點相對精度，控制點數(shù)量足夠且分布合理，還要準確計算地方已知控制點坐標和WGS-84的相關參數(shù)，對于長距離或大范圍測量，需要分段求解參數(shù)，確保其轉換精度。

4.6 最后，對于不同性能的RTK，基準站和流動站的相對距離根據(jù)各種RTK 性能的不同和測區(qū)地形條件影像等因素，其距離不宜過長。

4.7 觀測成果要注意檢核， 即在測量前到已知點檢核和測量中根據(jù)不同基準站對部分點重復測量進行檢核。

5 結束語

RTK 技術以其速度快、 精度高等特點對于遙感影像所表現(xiàn)出來的不足之處，如影像校正和地物補測等內容加以互補，它可以通過實地量測的方式彌補這些缺陷，從而提高了成果的可靠性。

［1］高照忠.基于3S 技術的土地利用更新調查的應用研究[D].云南:昆明理工大學,2007.

［2］關元秀. 高分辨率衛(wèi)星影像處理指南[M].北京:科學出版社，2008.