淺談轉(zhuǎn)換參數(shù)對GPS—RTK測量精度的影響

楊孝欣+張?zhí)鞚?/p>

摘 要：本文結(jié)合工程實例簡述了GPS-RTK應(yīng)用中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取及其對RTK測量精度的影響。

關(guān)鍵詞：RPS-RTK；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)；精度

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0116-02

1 前言

隨著科技的發(fā)展，GPS-RTK測量技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程項目當(dāng)中，GPS-RTK技術(shù)又稱為載波相對動態(tài)實時差分技術(shù)，是一種全天侯、全方位的新型測量系統(tǒng)，能實時、準(zhǔn)確地確定待測點的三維坐標(biāo)。擁有在不通視條件下進(jìn)行遠(yuǎn)距離三維坐標(biāo)傳遞，并且不產(chǎn)生誤差累計的優(yōu)勢，被廣泛的應(yīng)用于測量環(huán)境條件惡劣的工程測量領(lǐng)域。由于GPS測量是以WGS-84坐標(biāo)為基礎(chǔ)的，而在實際工程測量和定位往往采用地方坐標(biāo)系（如北京1954坐標(biāo)系），因而就產(chǎn)生了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。

2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取方法

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的獲取較為常用的有經(jīng)典三維（3D）法和一步法。經(jīng)典三維轉(zhuǎn)換方法是：計算出將坐標(biāo)從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一個系統(tǒng)的3個平移參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個比例因子，即通常講的7參數(shù)法。一步法是：通過將高程與點位分開進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在平面點位轉(zhuǎn)換中，首先將WGS84地心坐標(biāo)投影到臨時的橫軸墨卡托投影，然后通過平移，旋轉(zhuǎn)和比例變換使之與計算的“真正的”投影相符合，其高程轉(zhuǎn)換則是通過簡單的GPS高程擬合來實現(xiàn)[1]。

3 應(yīng)用實例及精度分析

3.1 工程實例

某工程控制網(wǎng)點位布置情況圖1所示，該控制網(wǎng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)為北京1954坐標(biāo)系，中央子午線為120°45′，高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)，其中GⅡ07為平面點，其余各點均為平高點。

3.2 衍射檢測方案

先假設(shè)GⅡ01、GⅡ02、GⅡ03、GⅡ04和瑞安基東坐標(biāo)為未知，分別采用經(jīng)典三維法和一步法，用GⅡ05、GⅡ06、GⅡ07和東段作為控制點計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。為驗證轉(zhuǎn)換參數(shù)的可靠性，對各點進(jìn)行GPS-RTK重復(fù)檢測，將平差處理后檢測坐標(biāo)與已知坐標(biāo)進(jìn)行比較，其偏差值結(jié)果見表1所示（注：）。

通過以下公式求得兩種轉(zhuǎn)換方法的點位中誤差Mcs和高程中誤差Mch，其對比結(jié)果見表2所示。

通過表2可以看出：Mcs≤50mm，Mch≤20mm，均能滿足規(guī)范要求，但采用控制點衍射檢測方案時，經(jīng)典三維法獲得的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行RTK測量，點位精度在整個測區(qū)均勻可靠，在控制點覆蓋范圍內(nèi)和衍射區(qū)域都能保證一定的點位和高程精度。采用一步法轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行RTK測量的點位精度在控制點覆蓋的區(qū)域精度較高，但在衍射區(qū)域精度較差，且隨著衍射距離的增大，精度損失更大。

3.3 覆蓋檢測方案

由于該工程大橋起點和終點位置分別位于GⅡ02和GⅡ05附近，為使轉(zhuǎn)換參數(shù)能覆蓋整個施工區(qū)域，故選用GⅡ01、GⅡ03、GⅡ07和東段作為控制點，也采用經(jīng)典三維法和一步法分別計算轉(zhuǎn)換參數(shù)，并對各點進(jìn)行GPS-RTK檢測，其偏差值結(jié)果見表3所示，按照前述的公式同理可得兩種轉(zhuǎn)換方法的誤差對比結(jié)果見表4所示。

通過表4可以看出：采用控制點覆蓋測區(qū)方案時，兩種轉(zhuǎn)換參數(shù)的方法在覆蓋范圍內(nèi)和衍射區(qū)域都能更好的保證一定的點位和高程精度。

3.4 方案對比結(jié)論

由以上兩種方案的檢核數(shù)據(jù)可知，計算轉(zhuǎn)換參數(shù)時選取的控制點的位置對RTK定位精度影響較為明顯，為了求得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換參數(shù)，選取計算轉(zhuǎn)換參數(shù)的控制點應(yīng)盡可能多，且盡量均勻分布在測區(qū)周圍，并能完全覆蓋該測區(qū)。在實際工程應(yīng)用中求取RTK坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時，當(dāng)測區(qū)橢球參數(shù)和投影模型已知的情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇經(jīng)典三維法。反之則可選擇一步法，并且一步法獲得的轉(zhuǎn)換參數(shù)在應(yīng)用于控制點所覆蓋的區(qū)域范圍時，測得的點位精度甚至高于經(jīng)典三維法[2]。

4 結(jié)語

GPS-RTK的定位精度除了轉(zhuǎn)換參數(shù)的影響外，還受衛(wèi)星信號和衛(wèi)星分布，基準(zhǔn)站位置的設(shè)置，觀測環(huán)境，操作誤差等諸多因素的影響。通過衛(wèi)星星歷預(yù)報，避開衛(wèi)星分布不均勻或衛(wèi)星較少的時段；參考站的架設(shè)位置應(yīng)盡量選擇在地勢較高、視野開闊的測區(qū)中央位置，且周圍沒有干擾衛(wèi)星信號和電臺信號發(fā)射的物體；選取正確且合理的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)；對測點進(jìn)行重復(fù)觀測，降低操作誤差等，上述方法都可有效的提高GPS-RTK的定位精度。

參考文獻(xiàn)

[1]CJJ/T73-2010.衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范[S].

[2]獨知行，劉智敏.GPS測量實施與數(shù)據(jù)處理[M].測繪出版社，2010.endprint