優(yōu)化山區(qū)GNSS圖根控制點(diǎn)精度的研究

陳均

摘 要：隨著中國城市建設(shè)的發(fā)展，人們對測繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精度要求越來越高。基于此，本文首先闡述GNSS RTK技術(shù)及精度要求，然后分析GNSS RTK應(yīng)用于山區(qū)測試中存在的問題，最后探討山區(qū)GNSS圖根控制精度的提升，以期為山區(qū)獲取符合精度的圖根控制點(diǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞：GNSS RTK；圖根控制點(diǎn)；精度

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）05-0149-02

Research on Optimization of GNSS Root Control Point

Accuracy in Mountain Area

CHEN Jun

（Longyan Survey and Mapping Brigade，Longyan Fujian 364000）

Abstract： With the development of urban construction in China， the requirement for the precision of basic data of Surveying and mapping is getting higher and higher. Based on this， this paper expounded the requirements of GNSS RTK technology and precision analysis of GNSS RTK， and then used to mountain test problems， finally discussed the control precision of the mountain GNSS mapping ascension， in order to obtain the accuracy of the mapping control point to provide a reference for the mountain.

Keywords： GNSS RTK；root control points；precision

隨著中國城市建設(shè)的發(fā)展，人們對測繪基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精度要求越來越高。一般情況下人們通過GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)建立足夠密度與精度的城市D、E級控制網(wǎng)，但為了滿足工程日常實(shí)時(shí)實(shí)地的需要，需采用動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)加密一、二、三級控制點(diǎn)與圖根點(diǎn)。

1 GNSS RTK技術(shù)及精度要求

隨著中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的日益完善，以及GNSS觀測技術(shù)與接收機(jī)技術(shù)日益成熟，通過動(dòng)態(tài)模式獲取高精度、高效率定位信息的GNSS RTK定位技術(shù)已被應(yīng)用于測繪的各個(gè)方面。RTK技術(shù)又稱為載波相位差分技術(shù)，其通過讓用戶站接收GNSS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站（或CORS控制中心）的載波相位，并組成相位差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能實(shí)時(shí)給出厘米級的定位結(jié)果。目前，其應(yīng)用主要分為常規(guī)RTK（電臺模式）與網(wǎng)絡(luò)RTK（主要為CORS模式）兩種。

GNSS RTK控制點(diǎn)位應(yīng)選取在視野開闊、遠(yuǎn)離干擾源的地方，觀測時(shí)應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：高度角≥15°，衛(wèi)星個(gè)數(shù)≥5顆，PDOP≤6，與基準(zhǔn)站的距離≤5km（采用網(wǎng)絡(luò)RTK測量時(shí)距離不受限制，只需保證在網(wǎng)絡(luò)有效服務(wù)范圍內(nèi)即可），控制點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差≤±5cm，大地高中誤差≤±3cm，RTK平面控制點(diǎn)測量平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差≤±2cm，高程控制點(diǎn)測量高程異常擬合殘差≤±3cm，觀測歷元≥20，觀測次數(shù)不少于2次[1]。

2 GNSS RTK應(yīng)用于山區(qū)測試中存在的問題

2.1 CORS模式在山區(qū)GNSS測試中存在的問題

①移動(dòng)信號不好，經(jīng)常存在信號源缺失或丟失的現(xiàn)象。由于山區(qū)人口稀少，移動(dòng)通信網(wǎng)基站存在密度覆蓋不足的問題，信號難以固定或需長時(shí)間等待。

②受遮擋物的影響，常造成信號失聯(lián)或者中斷。在無線電數(shù)據(jù)傳輸過程中，受山高林密、城市建筑物遮擋屏蔽的影響，不少圖根控制點(diǎn)的信號源難以得到有效匹配，精度難以保證。

③高差變化大，高程異常不穩(wěn)定。受山區(qū)高差變化以及GNSS信號多路徑效應(yīng)影響，RTK高程異常，體現(xiàn)出波動(dòng)現(xiàn)象，表現(xiàn)出不均勻性。

2.2 傳統(tǒng)RTK模式在山區(qū)GNSS測試中存在的問題

①作業(yè)半徑過小。在大部分地區(qū)，基站給移動(dòng)站傳輸基站信號時(shí)，仍采用電臺模式，而電臺模式在山區(qū)等地形復(fù)雜的地方，傳輸距離受限制，一般有效范圍為2～3km。

②距離越遠(yuǎn)，誤差越大。離基準(zhǔn)站或已知高等級控制點(diǎn)距離越遠(yuǎn)，其相應(yīng)的控制點(diǎn)精度就越難以把握。

③受遮擋物的影響以及基準(zhǔn)站的變化，轉(zhuǎn)換參數(shù)需要重新求解。轉(zhuǎn)換參數(shù)不統(tǒng)一，其相應(yīng)的信息匹配精度也會(huì)不同。

④高差變化大，高程異常不穩(wěn)定。與參考點(diǎn)的高差大小及與基準(zhǔn)站之間的傳輸質(zhì)量影響高程控制精度。

3 山區(qū)GNSS圖根控制精度的提升

3.1 網(wǎng)絡(luò)信號的增強(qiáng)

為了使山區(qū)GNSS圖根控制效率得到有效性提升，在進(jìn)行精度點(diǎn)的整體控制過程中，可以根據(jù)不同的成像變化獲取網(wǎng)絡(luò)信號參數(shù)，可以對太陽黑子及電離層的變化進(jìn)行信號的逐層改善。尤其是在中午11：00—14：00，利用網(wǎng)絡(luò)信號放大器使GNSS的圖像控制點(diǎn)信號逐漸得到擴(kuò)展，這樣，山區(qū)GNSS圖根控制點(diǎn)的應(yīng)用效率也會(huì)得到顯著性增強(qiáng)。

3.2 控制轉(zhuǎn)換參數(shù)的施測方案

測區(qū)高等級控制點(diǎn)應(yīng)有足夠密度與精度，平面宜采用靜態(tài)觀測，高程精度應(yīng)達(dá)到四等。測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)首先通過RTK實(shí)地采集高等級控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，再通過與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系內(nèi)業(yè)計(jì)算比對，優(yōu)選分布均勻、平面殘差精度高的控制點(diǎn)組成測區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)公共點(diǎn)，建立測區(qū)平面坐標(biāo)系。測區(qū)的高程異常可以通過數(shù)學(xué)擬合方法、內(nèi)插法精化似大地水準(zhǔn)面模型等獲取，擬合的起算點(diǎn)等級為四等水準(zhǔn)及以上，間距一般不宜超過5km，點(diǎn)數(shù)不少于6個(gè)，地形起伏較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加。高程轉(zhuǎn)換參數(shù)是在平面參數(shù)中加載高程三參，將測區(qū)按不同高程面進(jìn)行分區(qū)，實(shí)現(xiàn)高程控制面精準(zhǔn)化。

3.3 多電臺圖根控制施測方法

電臺架設(shè)在已知點(diǎn)上，首級控制布設(shè)時(shí)，應(yīng)有意識選取視野開闊，與流動(dòng)站通信障礙最小的地方，如山頭、山脊和高層屋頂?shù)取Ｔ诓荚O(shè)基準(zhǔn)站點(diǎn)時(shí)，可直接埋設(shè)簡易觀測墩，以方便基準(zhǔn)站重復(fù)架設(shè)設(shè)置與使用。

4 不同RTK應(yīng)用方式在工程中的精度研究

龍巖中心城區(qū)至培豐鎮(zhèn)快速通道測區(qū)施測范圍呈條帶狀，沿山谷縱向延伸，東西長約11.5km，南北寬約5.0km，測區(qū)面積11.5km2，測區(qū)海拔最高為560m，最低為350m，沿測區(qū)內(nèi)外共分布13個(gè)C、D級GNSS點(diǎn)，21個(gè)四等水準(zhǔn)點(diǎn)。GNSS RTK儀器采用南方靈銳S86三頻接收機(jī)（RTK精度：平面1cm+1ppm，高程2cm+1ppm），RTK圖根控制觀測分別采用CORS模式與電臺模式兩種。

①經(jīng)優(yōu)化選取其中7個(gè)C、D級點(diǎn)求取測區(qū)平面參數(shù)（七參法），經(jīng)計(jì)算，平面轉(zhuǎn)換殘差為0.7cm<3.5cm，驗(yàn)測其他控制點(diǎn)最大值為3.3cm。采用電臺模式時(shí)，基準(zhǔn)站架設(shè)在固定的已知點(diǎn)上，位置基本沿縱向均勻分布，每個(gè)基準(zhǔn)站作業(yè)半徑為2～4km，共設(shè)置4個(gè)基準(zhǔn)站。高程轉(zhuǎn)換參數(shù)不分區(qū)時(shí)，其驗(yàn)測其他控制點(diǎn)最大值為16cm>10cm，當(dāng)建立400m與500m兩個(gè)高程參數(shù)面時(shí)，驗(yàn)測其他控制點(diǎn)最大值為6cm<10cm。

②本次測區(qū)共布設(shè)埋石圖根點(diǎn)403個(gè)，其中采取兩種RTK模式施測共160個(gè)，驗(yàn)測圖根控制點(diǎn)88個(gè)，RTK模式復(fù)測高程點(diǎn)160個(gè)，等外水準(zhǔn)復(fù)測高程點(diǎn)260個(gè)，詳細(xì)精度分析如表1和表2所示。

從上表可以看出，采用多基站電臺模式在一定程度上彌補(bǔ)了網(wǎng)絡(luò)RTK的缺陷。在山區(qū)，其效果更明顯，精度更穩(wěn)定；在高程方面，擬合高程在山區(qū)受到高差與多路徑效應(yīng)影響，表現(xiàn)出了一定粗差。

5 結(jié)語

現(xiàn)代山區(qū)GNSS技術(shù)性測量還存在諸多不完善之處，因此，可以采用CORS技術(shù)、水準(zhǔn)技術(shù)聯(lián)合多電臺RTK技術(shù)進(jìn)行參數(shù)數(shù)據(jù)的計(jì)算與分析，以提高山區(qū)GNSS圖根控制點(diǎn)精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家測繪局.全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范：CH/T 2009—2010[S].北京：測繪出版社，2010.