RTK技術代替圖根導線控制測量的探討＊

郭 敏，傅建春

（河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作454003）

0 引 言

RTK技術具有實時、定位精度高、操作簡便等特點，被廣泛地應用于地形圖測繪、工程測量放樣、碎部測量等領域。隨著RTK技術的不斷完善，RTK測量的初始化速度、成果精度及可靠性會越來越高，且不存在誤差累積問題。采用導線測量方法進行圖根控制，不僅費工費時，還要求點間通視、點分布均勻[1－5]。因此，RTK觀測成果的精度及可靠性即RTK能不能代替全站儀導線測量，一直是測繪作業人員所關心的問題。為了將RTK更好地應用于圖根控制測量，有必要對RTK代替導線測量的精度進行分析探討。

1 試驗分析

1.1 試驗區簡介

測區位于河南理工大學新校區，總體上地勢較為平坦，建筑物平均高度較低，沒有高大樹木。在進行測量工作前，收集了測區相應的資料。采用的儀器為中海達RTK－V30，拓普康225全站儀。以K01－0602為已知導線邊，做一個閉合導線（如圖1所示），用全站儀、RTK分別測量并計算出其它各點的坐標。

1.2 作業依據及過程

圖1 測區布點導線圖

1.2.1 作業依據

試驗區點間距離比較近，符合三級導線距離要求，導線規范參見《導線測量的主要技術要求》，該控制網是為了后續測圖實習用（比例尺為1：1 000圖）。RTK測量主要技術要求見《RTK平面控制點測量主要技術要求》和《RTK平面控制點測量主要技術要求》。根據以上作業依據，用RTK－V30、全站儀分別實施。

1.2.2 RTK的作業過程

1）建立新項目，定義坐標系統：新建一個項目，并在該項目里設置好坐標系統，其中包括橢球參數、投影參數等，如圖2所示。

圖2 項目設置參數

2）設置并啟動基準站：將基準站架設在控制點K01上，該點位于春秋大道上路中間，上空開闊，沒有強電磁干擾，多路徑誤差影響小。正確連接好各儀器，打開儀器，設置基準站各參數，其中衛星截止高度角為15°等。

3）設置移動站：設置接收機信息，包括選擇內置電臺或GPRS等，在天線高處修改天線高，其它參數包括通訊等與基準站一致。

4）求解轉換參數：通常需要在流動站上實時顯示國家坐標系或地方獨立坐標系下的坐標，這需要進行坐標系之間的轉換，求解轉換參數。加入了3個點進行校正，這三個點分布均勻，避免投影變形過大，利于提高數據可靠性。如果在局域坐標系統中工作或任何坐標系統下進行測量和放樣工作，可以直接采用點校正方式建立坐標轉換方式，平面至少3個點；如果進行高程擬合則至少要有4個水準點參與點校正。

5）碎部測量：在主菜單上選擇“測量”——“碎步測量”，對測量碎步點進行保存。對精度不高的點進行重測等。

1.2.3 全站儀測量成果

閉合導線圖如圖1所示，應用的已知點信息如表1所示。

表1 已知控制點坐標

根據提供的2個已知控制點和12個臨時點，布設閉合導線（如圖1所示）。使用拓普康GTS全站儀對導線進行2個測回測量，共計13條邊。利用表1數據，得出各圖根控制點的坐標如表2所示。

1.3 數據分析

1.3.1 RTK的測量成果和導線測量的對比

從四個已知控制點（三個已知點用來求解參數，一個用來檢核）中選擇位置較開闊且位于測區中央的點為基站，進行RTK觀測，每一流動站均初始化觀測2次，采樣間隔為10s，每次觀測20個歷元，當觀測平面坐標收斂精度小于2cm時，再進行記錄，同時把觀測精度記錄在RTK外業觀測手簿上。兩次觀測結果互差不能大于5cm，取兩次觀測成果的平均值作為最終平面成果，相當于一級圖根等級，其測量成果如表3所示。

表2 全站儀測量成果

表3 RTK測量成果

將導線測量成果與RTK測量成果的數據成果對比，得到結果如表4所示，由表4的坐標差和高程差可以看出RTK完全可以代替相應的導線測量。

表4 導線和RTK成果的坐標差和高差

若不直接采用RTK觀測，通常要先利用這2個已知控制點及部分臨時點，用靜態觀測E級（相當導線一級）GPS點，再根據情況加密二級導線進行圖根控制。這樣逐級控制，精度當然有一定損失。若越級控制，四等點并非都兩兩通視，導線全長和邊長就不能保證完全符合規程的要求。測量的精度最終反映在所提交地形圖的精度上，而多級控制的目的就是要求所測繪的地形圖滿足規范的要求，因此，只要圖根點精度滿足要求即可滿足需要[3－5]。

2 精度分析及相關措施

2.1 RTK的精度評定

2.1.1 RTK測量中的多組觀測

傳統測量中，在相同的觀測條件下，對未知量進行多次重復的觀測，并取多個觀測值的算術平均值作為未知量的最或然值，但RTK測量中，歷元之間的觀測條件是不同的，并且無法給各歷元的觀測量的權，是否可以利用多歷元取算術平均值的方法得到未知量的最或然值[6－9]？對此，對土木樓前的 0601控制點（X ＝3 895 500.928，Y ＝431 931.921，H＝95.059）點進行了觀測試驗分析，具體試驗方法為：以10s作為觀測采集單元，分別對該點作30組觀測量，并記錄下每個單元的3維坐標，分別以5，10，15，20，25，30為一組，代人下式：

分別求得點位差，進行分析，部分結果如表5所示。

表5 RTK觀測數據實驗結果

由此可見，在RTK測量中，對多個觀測量取算術平均值精度幾乎得不到提高，原因在于，依靠差分技術雖然消除和減弱了一部分GPS觀測誤差，但系統性誤差仍在。此外，WGS－84大地坐標在向地方平面直角坐標轉換的過程中，不可避免地會有轉換模型誤差以及原有控制點誤差的引入，這部分誤差也屬系統性誤差，不能通過取算術平均值的方法減弱。如果基準站和流動站某歷元共視4顆以上衛星，就可以根據最小二乘法求解流動站該歷元的3維坐標和3維坐標的中誤差Mx，My，Mh.在RTK系統中，此結果可在控制終端進行實時的顯示。若流動站在某一測點共觀測了N個歷元，N個歷元的測點3維坐標算數平均值的中誤差由式（1）計算。顯然，由于系統誤差的明顯影響，此精度指標并不能代表實際的精度。

2.1.2 提高精度的措施

1）采用雙頻接收機，減少電離層殘差，提高定位精度；2）減少多路徑誤差[7]，選點應視野開闊，避開大面積的水域、高大建筑物、強烈干擾信號的物體等；3）盡量應用高精度的點參與點校正，提高轉換參數的精度。總之，應盡量削弱各種誤差的影響。

3 結 論

通過試驗，在沒有特殊要求的條件下，采用單基站雙次觀測完全可以代替傳統的光電測距圖根導線控制測量，能滿足精度要求，并提高了作業效率。

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[3]王東亭，侯剛棟.RTK技術在圖根控制測量中的應用[J].河北煤炭，2006（5）：3－5.

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[6]潘寶玉，傅交祥，劉彥長.臨淄區四等GPS網的布網特點及精度分析[J].測繪通報，2009（9）：18－20.

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