GPSRTK地形测量流程与精度控制

GPSRTK地形测量流程与精度控制

陈兴武

博罗县规划勘测中心516100

摘要：GPSRTK技术具有精度高、测量范围大、无需通视、自动化程度高等优点，所以目前已广泛用于地形测量，因此本文对GPSRTK地形测量方法、流程和精度控制进行了分析。

关键词：GPSRTK；地形测量；流程；精度；控制

常规地形测量先要建立测量控制网，再利用加密控制点、图根控制点进行地物地形特征点的测量。前者称为控制测量，后者为碎步测量。传统地形测量常受到控制点密度不足、测站之间通视条件不好等问题的影响，作业效率较低。GPSRTK技术的出现显著地改善了上述困境，因为该技术不需要通视，易于实现远距离测量，定位精度足以满足大比例尺地形图测绘的要求，作业效率大大提高了。因此，本文对GPSRTK地形测量流程与精度控制进行了分析。

1GPSRTK地形测量方法与流程

1.1GPSRTK地形测量的方法

依据RTK测量基准的转换方法，可产生坐标转换法、假设转换参数法、高程拟合法3种方法[1]。坐标转换法是在参考站输入WGS-84三维坐标，再利用三参数法或七参数法进行基准转换，以正常高代替地方基准大地高，投影采用横轴墨卡托投影，由此就得到流动站的平面直角坐标、拟合正常高和精度指标。假设转换参数法是在参考站输入国家参心坐标系下某一个投影带的平面直角坐标以及某一个高程基准的正常高，再利用三参数法进行基准转换，投影采用横轴墨卡托投影，由此就得到流动站的平面直角坐标、正常高和精度指标。高程拟合法是在RTK测量手簿内置软件支持下选择适合的拟合方法进行高程拟合，或者外业采用后处理动态模式或快速静态模式，通过内业软件进行坐标转换和高程拟合。一般情况下，可选择假设转换参数法。如果参考站与流动站之间高程异常变化产生的测量精度较差时，宜采用坐标转换法。如果高程异常变化非常复杂，以致经GPS点校正的最大高程残差超差时，应选用高程拟合法。

1.2GPSRTK地形测量的流程

利用RTK技术进行地形测量时，一般配合全站仪使用。这是因为RTK技术会受到电磁波干扰、多路径效应、建筑物与树木对接收机视野限制等不利因素的影响，并不能完全取代全站仪进行测量。一般采用RTK模式建立图根控制点，没有干扰的开阔地带利用RTK进行碎部测量，而在有较多干扰RTK因素的测量范围内采用全站仪采集碎部点数据，测量流程如图1所示。这只是一般情况，若采用特殊观测手段，也可特殊对待。根据相关研究[2]，若采用集成了GPS、GLONASS和北斗3种全球定位系统的接收机（三星GPS接收机），在观测条件较差时，如南方向遮挡少于50%，采用RTK进行碎部测量仍能保证较高的测量精度，如此将大大降低测量工作量与劳动强度，提高作业效率。

2GPSRTK地形测量的精度控制

2.1GPSRTK测量精度的影响因素

2.1.1GPS观测误差

2.1.2坐标转换模型误差

例如WGS-84坐标与地方坐标系坐标进行转换时就存在精度转换损失，通常在1cm左右，但这与控制点的精度、分布有关。如果控制点选择不当，就会影响转换参数的求解，导致RTK测量成果精度差，甚至整个工程都要返工，所以必须合理选择控制点，不然会带来难以挽回的损失。

2.1.3地形因素引起的误差

2.1.4对中杆倾斜产生的误差

对中杆倾斜程度越大，平面坐标偏差和高程偏差也越大。例如2m高的对中杆倾斜0.3°，平面偏差可以达到10.5mm。

此外，还存在首级控制系统固有误差、流动站与基准站高程异常变化引起的误差等因素，需要在实际生产中根据统计结果判定RTK测量精度是否满足工程需要。

2.2GPSRTK测量精度的控制

2.2.1RTK仪器检定

RTK仪器必须定期检定。按照《全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程》（CH8016-1995）规定检定周期不超过1年，超出检定周期的仪器严禁外业使用。使用前仪器性能还要实地检测，并进行基线检查，以确保RTK接收机满足标称精度要求。

2.2.2天线杆的控制

作业前，应正确设置天线类型，流动站应采用定长观测杆。规范天线高度的量取方法，并进行记录。严禁流动站对天线高度连环修改，内业要根据记录进行复核。

2.2.3RTK测量条件控制

在进行GPS观测时，有效卫星数量应≮5颗，PDOP<6。通常卫星数量越多，且分布越均匀，观测时间越长，表明观测条件越好。

2.2.4RTK测量过程的规范化

GPSRTK测量应按照《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》（CH/T2009-2010）的规定规范操作。测量时，接收机对中、整平、量取天线高、输入已知点坐标都应按规范操作，避免出现粗差。还要加强测量成果的校核。作业前用已知点进行复核，作业中利用不同起算点检测部分的重复点，作业后将观测成果与既有资料进行比对。在校核过程中注意分析，剔除粗差数据。

2.2.5正确求解坐标转换参数

在求解坐标转换参数时，转换控制点应选择高等级控制点，并且平面控制点≮3个，高程控制点≮4个，同时尽量分布均匀及覆盖整个测区。相邻控制点间距应在3～5km之间。参数转换后必须进行校核。

2.3GPSRTK测量实例

某测区面积大约5平方公里，要进行1：2000的地形测量。收集3个国家三等三角控制点，选择地势较高、通视条件较好的5层建筑楼顶作为GPS静态控制点（基准站）。由于测区内建筑较为密集，采用RTK技术进行碎部测量。基准站与已知点相距2～3km。采用两台双频GPS接收机，信号覆盖范围5～20km。首先用已知控制点建立投影归化参数，解算两坐标转换参数水平与垂直最大残差分别为±2.4cm和±0.5cm。将天线设在对点器上，以提高观测精度。观测时间>20s，观测时取平面、高程中误差不大于±1.0cm时进行记录。RTK两次观测坐标较差值最大、最小分别为2.7cm和0.4cm。最后计算观测值中误差、平均中误差分别为±0.9cm、±0.6cm。

3结语

GPSRTK测量技术操作灵活、快速，工作状态稳定，实时测量精度达到厘米级，既可进行控制测量，也能进行碎部测量，效率为普通全站仪的2～4倍，可降低生产成本，提高经济效益，应用前景十分广阔。

参考文献：

[1]张振军，杨德安，杨建，等.GPSRTK测量精度定位与质量控制方法[J].地理空间信息，2011,9(5)：44-46.

[2]杨春全，齐中华，徐丽丽.三星GPS接收机全地形RTK测量精度测试与应用的探索[J].测绘与空间地理信息，2015,38(4)：182-183，187.

[3]赵萌.GPS-RTK测量精度的分析与质量控制[J].铁道勘察，2012(2)：10-12.