GPSRTK在数字地形图测绘中的应用_王杰

GPSRTK在数字地形图测绘中的应用

王 杰

(中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司 河北#保定 071069)

提 要 GPSRTK技术的应用使得数字化测图具有速度快、精度高、费用省等特点,该技术得到测绘行业的认可。但是GPSRTK的测量精度也受卫星状况、天气变化、高层异常、稳定性等限制。该文介绍了在地形图测绘应用中,影响GPSRTK测量精度的因素,并提出了保障GPSRTK测量精度的方法。关键词 数字地形图测绘 精度 GPSRTK

ApplicationofGPSRTKinDigitizedTopographicMapping

WangJie

(ZhongkanMetallurgicalInvestigationDesign&ResearchInstituteCo.,Ltd.)

Abstract TheapplicationofGPSRTKtechnologymakesdigitizedmappingwithhighspeed,highprecision,lesscostetc,andisapprovedbymappingindustry.ButthemeasurementprecisionofGPSRTKisalsolimitedbysatellitesituation,weatherchange,highOlevelanormaly,stabilityetc.Intheapplicationoftopographicmap-ping,theinfluentialfactorsofGPSRTKaccuracyareintroduced,andthemethodtoensuretheprecisionofGPSRTKisproposed.

Keywords digitaltopographicmapping;precision;GPSRTK

RTK测量精度的注意事项。

1 前言

近年来,由于GPS系统进一步稳定和完善,以及计算机技术和其他相应学科的发展,GPSRTK技术愈来愈稳定成熟,已被广泛应用于工程测量、地形图测绘中。但是GPSRTK是一个相对比较新的技术,相关的测量规范还不够完善,给该技术的进一步推广和应用带来了一定的影响。目前,厘米级实时RTK技术已被人们所接受,并广泛应用于数字地形图测绘、地籍测量、城镇规划、地球资源调查与管理等领域。

GPSRTK技术在诸多领域发挥了重要的作用,同时也给许多相关学科带来了革命性的变化,使它在许多专业和行业中受到普遍的关注与重视,对传统的测绘方式和方法形成了巨大的挑战,同时也改进了传统的测绘方式。利用GPS进行静态定位或运动定位,已经可满足多方面的需要。

本文介绍了GPSRTK在地形图测绘中应用的精度问题,对GPSRTK测量结果进行了精度分析,提出了影响GPSRTK测量精度的因素和保障GPS

作者简介:王 杰(1968-),男,工程师,主要从事工程测量专业。收稿日期:2010-07-152 GPSRTK在数字地形图测绘中的应用

211 图根点测量

2004年厦门市地下管线普查项目要求同时测绘

带状地形图,管线办已完成一级导线平面、高程控制网测量,根据实际情况,对控制不足的地区、道路利用RTK补充了图根点,并进行了带状地形图测绘。图根点两次数据采集测量结果坐标差列于表1。

表1 GPSRTK图根点两次数据采集测量结果坐标差m

点号1234567891011

$X-0.015-0.013-0.006-0.016-0.0180.009-0.015-0.0180.0150.012-0.013

$Y0.0120.0100.0110.0010.0100.000-0.0160.0060.0100.0080.015

点号1213141516171819202122

$X-0.0100.0130.010-0.003-0.018-0.0130.006-0.012-0.021-0.0140.013

$Y0.0080.009-0.0050.0050.0050.003-0.002-0.008-0.0030.0140.012

48 勘 察 科 学 技 术 2011年第1期 通过上表资料,$X均=0.013m,$Y均=0.008m,由点位中误差公式mp=?

($X)+($Y),计算

22这些控制点上用RTK采集WGS)84坐标,通过点校正拟合出最佳转换参数(又称建模),其转换参数的准确性与控制点的数量及分布有关。长度比参数和

部分旋转参数与三个平移参数之间存在很大的相关性,这会导致各参数不易分离,作用相互转化。当公共点的坐标有微小变化或选取的公共点略有不同时,就会使局部坐标转换参数发生很大的变化。因此对于小型测区或特定工程区域应用而言,建议坐标转换采用三参数模型,即一般采用三个平移参数(DX,DY,DZ)。

2)基准点位置的选择要求。选择基准站,除了要考虑点位的稳固、方便架设参考站等因素以外,还要考虑参考站上方应无卫星信号的遮挡及影响数据链的无线电干扰。因为基准站上的卫星遮挡和无线电干扰,将直接影响到所有流动站的测量。另外,RTK基准站还应有准确的WGS)84地心坐标,GPS动态基线的起算点在地心坐标系中的误差将引起流动站坐标的平移和基线向量分量跳变化。可以采取以下两种方法获得参考站的坐标:第一种,直接测量法,即连续单点定位观测2~3h;第二种,联测国家GPSA、B级网。

3)观测时间要求。一般中午时分不宜进行RTK测量,测量效率很低,所以要早出工,晚收工,利用良好时段进行RTK测量,不仅效率快,而且精度高。

4)机内精度要求。除主体设备要定期送检、升级外,对电台、电源、电缆等一些重要配件应加强保养、维修,尤其是出现精度不稳定、粗差频率升高或作用半径大幅缩短等异常情况时,应特别引起注意,这时不可勉强作业。

5)不可盲目相信标称精度。由于不同型号GPS接收机的性能差异、不同区域的环境差异、不同时段的信号差异等因素影响,RTK技术及精度指标必然不会完全相同。厂家提供的有关指标值或其它单位、其它型号RTK技术应用中的经验或数据,只供作业中参考,不宜套用。

6)解决盲点。如果导致盲点的主要原因是数据链信号接收问题,首先可提高基准站和流动站天线的架设高度,流动站天线可采用长垂准杆架设以保证成果精度。若不行再考虑搬站,如果盲点地区主要原因是接收卫星状况不良,则应该在盲点周围加测图根控制点,以便用全站仪补测。

(下转第64页)

其点位中误差为?1.67cm,完全满足规范要求。212 影响GPSRTK成果精度的因素

1)转换参数误差。转换参数对成果的影响非常明显,如果转换参数计算错误或误差较大,观测数据无论多么精确,结果都是错误的。因此,计算转换参数所选择的点要均匀分布于测区四周。并且,要多选择几组进行计算分析,避免出现粗差和错误。2)基准站设置的位置。基准站设置不在测区中央,周围有干扰卫星信号或无线电波发射的物体存在时,都将直接影响观测成果的精度。因为所有观测点的成果都和基准站所接收到的信息有关。

3)操作误差。操作误差主要是作业人员操作接收机时对中、整平等引起的误差。减少操作误差主要是提高作业人员业务水平,进行重复观测等,来降低操作误差对最后成果的影响。

4)卫星信号和卫星分布。卫星信号和卫星分布有时也会对测量精度构成影响。当卫星分布不均匀时,即使有足够多的卫星,其观测精度也不是很高,为了避免出现这种情况,观测前应通过卫星预报,避开这一时间段。

在RTK作业中,基线解算精度可以达到10cm+1Lm#D;基准站点位精度平均在3cm之内;坐标系转换精度,对于10km基线亦在3cm以内,动态作业由于测距偏心,天线高误差等一般也在3cm以内,至于正常高拟合与内插精度取决于联测点数目与分布、拟合模型等,一般在5~10cm内是能够做到的。总的来说,RTK的精度为厘米级,一般的道路工程应用是足够的。

213 保障GPSRTK测量精度的注意事项

通过这次工程,取得了一些经验,提出一些建议,供大家在以后工程实践中参考。

1)对坐标参数转换的要求。GPS卫星星历是以WGS)84大地坐标系为根据建立的,GPSRTK使用的坐标系统是WGS)84坐标系统。我国目前使用的是1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系,因此必须求出WGS)84坐标转换到54北京坐标系或80国家坐标系。目前求解坐标转换七参数的方法有两种:一是将测区控制点的WGS)84坐标和54北京坐标直接键入手薄来自动求取转换参数。二是控制点若无WGS)84坐标,可采取现场采集的方法,通过键入一定数量控制点的地方坐标,然后到 64 勘 察 科 学 技 术 2011年第1期增加循环管路长度,延长膨润土及添加剂的熟化时间,确保泥浆的粘度等性能达到要求。º降低泥浆粘度,减少泥浆注入量,快速通过冒浆地层,同时加入添加剂,以便在孔壁形成泥浆桥架结构,减少漏失量。»安装泥浆回收处理系统,使泥浆循环使用,既可更有效地保证泥浆的供应量又可减少环境污染。

3)穿越时,出、入土点都得开挖一处面积较大的泥浆池,以便存放从孔内还回的泥浆,但是穿越回拖后泥浆池内废弃泥浆处理非常困难。随着国家环保要求的日益提高,废弃泥浆处理也成为工程建设中一项重要工序。

图2 达到耕种要求的废弃泥浆

另外,穿越废弃泥浆就地进行有效固化处理,减少了环境污染。图2为经检验部门鉴定达到耕种要求的废弃泥浆。

6 效果检验

采用水平定向钻穿越泥浆固孔技术后,完成回拖的管线周围环形空间消失,孔壁稳定,工程施工顺利。图1为回拖管线横断面。

7 结束语

泥浆是定向穿越顺利进行的保证,特别是大口径穿越工程施工,泥浆起着至关重要的作用。沈家埭定向钻穿越工程难点在于穿越口径大、钻进距离长、地层软,尤其是施工过程中砂层泥浆漏失量较大,为了使切屑较好地排出地面,泥浆供应的压力和流量都会很大,使得河底冒浆的可能性增大,一旦冒浆,将打破孔内泥浆系统的良性循环,容易导致塌孔、卡钻等现象。通过此次工程泥浆固孔技术的实践,再一次证明了泥浆固孔技术是大口径长距离水平定向钻穿越成功的有利保证。

图1 回拖管线横断面

(上接第48页)

7)建模时校正点位的残差。要求建模时校正点位的水平残差和垂直残差应小于scnt,当有大于csm情况时应具体分析,核对己知数据,查看点位周围环境,或用周围已知点位代替。

8)进行重复观测来提高点位精度。一般控制点点位需单独测两次,两次间重新求解整周模糊度,作两次收敛,当双观测值的点位坐标差值srm,取中数作为最终成果。

9)加强观测中的校核。通常校核有以下几种方法:己知点检核比较法,即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点,然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核,发现问题即采取措施改正。重测比较法,在每次初始化成功后,先重测1个己测过的RTK点或高精度控制点,确认无误后才进行RTK测量。电台变频实时检测法,在测区内建立两个以上基准站,每个基准站采用不同的频率发送改正数据,流动站用变频开关选择性地分别

接收每个基准站的改正数据,从而得到两个以上解算结果,比较这些结果就可判断其质量高低。以上方法中,常用的是已知点检核比较法和重测比较法,一般情况下规定校核较差应[?5cm。

3 小结

通过外业数据采集,并对外业数据采集进行精度分析,说明GPSRTK在精度方面是可以信赖的。并且总结了影响GPSRTK测量精度的因素及保障GPSRTK测量精度应注意的事项,供相关工程参考。

参考文献

1 GBPT18314-2001 全球定位系统(GPS)测量规范2 周忠谟,易杰军,周琦.GPS测量原理与应用.北京:测绘出版社,1997

3 王毅明,钟金宁,黄志洲.GPSRTK测量技术的应用与体会.现代测绘,2003,26(2)

4 李青岳,陈永奇.工程测量学.北京:测绘出版社,19955 GB50026-93 工程测量规范

6 CJJ73-97 全球定位系统城市测量技术规程