單基站RTK技術(shù)在像控測量中的精度分析

劉先洪蔣達(dá)高風(fēng)磊

（1.河南豫西水利勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司，河南 三門峽 472000；2.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454003；3.河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003；4. 鶴壁市國土資源局淇濱分局 河南 鶴壁 458030）

單基站RTK技術(shù)在像控測量中的精度分析

劉先洪1蔣達(dá)2、3高風(fēng)磊4

（1.河南豫西水利勘測設(shè)計(jì)咨詢有限公司，河南 三門峽 472000；2.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454003；3.河南省測繪工程院，河南 鄭州 450003；4. 鶴壁市國土資源局淇濱分局 河南 鶴壁 458030）

像控測量是指在通過航空攝影獲得測區(qū)的影像資料之后，在內(nèi)業(yè)部門進(jìn)行空中三角網(wǎng)加密工作（簡稱空三加密）之前，所進(jìn)行的對像片上的特征控制點(diǎn)實(shí)地測量的一項(xiàng)外業(yè)工作，該項(xiàng)工作簡稱為像控測量。像控測量的目的主要是獲取像片控制點(diǎn)的實(shí)地坐標(biāo)，以滿足內(nèi)業(yè)進(jìn)行空三加密的要求。由于要考慮到像片重疊度、地形圖比例尺精度等因素的影響，所以像控測量通常采用GPS靜態(tài)觀測的方式進(jìn)行，但當(dāng)像控點(diǎn)較多的時(shí)候靜態(tài)觀測的方式會(huì)導(dǎo)致作業(yè)效率下降，因此在進(jìn)行像控測量時(shí)人們常常會(huì)想到應(yīng)用RTK技術(shù)。從常德市像控測量工作的實(shí)際出發(fā)，重點(diǎn)討論使用單基站RTK技術(shù)進(jìn)行像控測量時(shí)的作業(yè)方式以及精度控制等問題。

像控測量；RTK技術(shù)；像控點(diǎn)精度；誤差分析

1 常德市航攝項(xiàng)目概述

常德市位于湖南省中部，東亞季風(fēng)性濕潤氣候，氣候溫和，雨量充沛，雨熱同期，四季分明。轄區(qū)內(nèi)地勢起伏較大，北部地區(qū)大部分為山地，植被茂密。常德市區(qū)外圍多為農(nóng)田，市區(qū)北部多為林地，區(qū)內(nèi)交通較發(fā)達(dá)。

常德市航攝項(xiàng)目是典型的航攝法成圖項(xiàng)目，具體工作是對湖南省常德市50km2的規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行航空攝影、像控測量、空三加密、內(nèi)業(yè)測圖、外業(yè)調(diào)繪和地形圖編輯，最終獲取1∶1000比例尺地形圖，并基于1∶1000地形圖進(jìn)行1∶2000、1∶5000、1∶20000和1∶50000不同比例尺線劃圖編繪。本文主要介紹常德市航攝項(xiàng)目中像控測量階段的工作內(nèi)容。

常德市航攝項(xiàng)目中像控點(diǎn)較多，分布較密，若使用靜態(tài)測量方法會(huì)導(dǎo)致作業(yè)效率下降，于是我們考慮使用RTK進(jìn)行像控測量工作。首先考慮的是使用CORS技術(shù)，但是由于受到儀器設(shè)備，當(dāng)?shù)谻ORS系統(tǒng)的實(shí)際條件等因素限制，我們不得不放棄此方案，轉(zhuǎn)而考慮使用傳統(tǒng)的單基站RTK測量技術(shù)。傳統(tǒng)的RTK測量技術(shù)受到的限制較多，各項(xiàng)限制因素對測量結(jié)果影響都比較大，所以在使用此方法時(shí)要全面考慮各項(xiàng)限制因素帶來的誤差，并采取相應(yīng)措施消除或減弱這些誤差的影響。本文主要從精度方面分析使用單基站RTK測量技術(shù)進(jìn)行像控測量能否達(dá)到精度要求。

2 像控點(diǎn)的精度要求

在進(jìn)行像控測量工作之前，首先要了解像控點(diǎn)的精度要求，然后才能根據(jù)精度要求采取能夠達(dá)到相應(yīng)精度的測量方法。

根據(jù)《1∶500 1∶1000 1∶2000 地形圖 航空攝影測量外業(yè)規(guī)范》中關(guān)于像片控制點(diǎn)測量的一般規(guī)定[1]：（1）平面控制點(diǎn)和平高控制點(diǎn)對最近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的平面位置中誤差不應(yīng)超過地物點(diǎn)平面位置中誤差的1/5；（2）高程控制點(diǎn)和平高控制點(diǎn)對最近基礎(chǔ)控制點(diǎn)的高程中誤差不應(yīng)超過基本等高距的1/10；常德市航攝項(xiàng)目的成圖比例尺為1∶1000，因此像控點(diǎn)的精度要求見表1。

表1 像控點(diǎn)平面位置中誤差 單位：m

常德市以山地居多，因此像控點(diǎn)的平面中誤差限差取0.15m，高程中誤差限差取0.1m。

3 像控測量工作流程

3.1 像控點(diǎn)測量

3.1.1 基站點(diǎn)選取

在選取RTK基站點(diǎn)時(shí)要注意選擇地勢較為開闊，衛(wèi)星信號和無線電信號通信良好的地點(diǎn)。注意不能選取如下條件的控制點(diǎn)作為基站點(diǎn)[2]：

具有強(qiáng)反射的地面，如平坦光滑地面、鹽堿地帶、金屬礦區(qū)或鄰近水面位置；

具有強(qiáng)反射的環(huán)境，如山谷中、大型建筑物附近等；

鄰近電磁波強(qiáng)輻射源(在200m 以內(nèi))，如電臺、雷達(dá)站、微波中繼站等；

鄰近高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道（在50m以內(nèi)）。

由于是單基站作業(yè)，所以所測量的控制點(diǎn)的中誤差隨基線長度的增加而增大。此次常德市航攝項(xiàng)目像控測量使用的儀器為Topcon Hiper Ga型接收機(jī)，其水平標(biāo)稱精度：10mm+1ppm（乘以基線長）；高程標(biāo)稱精度：15mm+1ppm（乘以基線長）。為了將平面精度控制在0.15m，高程精度控制在0.1m之內(nèi)，再考慮到無線電臺的傳輸能力，因此必須控制基準(zhǔn)站到流動(dòng)站的距離在4km以內(nèi)。這樣由基線長度產(chǎn)生的觀測誤差可以控制在2cm以內(nèi)。

3.1.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

本次像控測量工作中所使用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法是：選取測區(qū)四角的首級控制點(diǎn)，然后將4個(gè)已知點(diǎn)經(jīng)過靜態(tài)觀測平差后的WGS84坐標(biāo)與這4個(gè)點(diǎn)的地方坐標(biāo)一一對應(yīng)，通過Topcon RTK手簿中自帶的TopSURV軟件中的自動(dòng)解算功能自動(dòng)進(jìn)行7參數(shù)解算，完成兩套坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后平面殘差一般在2cm以內(nèi)。地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換界面如圖1所示。

圖1 地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換界面圖

轉(zhuǎn)換結(jié)果滿足《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/T2009－2010）中RTK平面控制點(diǎn)測量平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差不應(yīng)大于2cm的技術(shù)要求。

3.1.3 RTK測量像控點(diǎn)

在實(shí)地作業(yè)中，為保證RTK的測量精度，必須只接受固定解。并且采用“已知點(diǎn)-像控點(diǎn)-已知點(diǎn)”的作業(yè)方式，即在開始測量前，必須先到已知點(diǎn)上測量該點(diǎn)的實(shí)測坐標(biāo)，當(dāng)滿足《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/T2009－2010）中：每次作業(yè)開始前或重新架設(shè)基準(zhǔn)站后，均應(yīng)進(jìn)行至少一個(gè)同等級或高等級已知點(diǎn)的檢核，平面坐標(biāo)較差不應(yīng)大于7cm的精度要求時(shí)，方可使用RTK對像控點(diǎn)進(jìn)行測量[3]。

在實(shí)際測量工作中，為消除因?qū)χ袟U晃動(dòng)或因信號遮擋等原因造成的偶然誤差，每個(gè)像控點(diǎn)需要測量3次，3次測量結(jié)果平面和高程的互差均控制在1cm以內(nèi)，然后取3次測量坐標(biāo)的平均值作為該點(diǎn)像控坐標(biāo)的最終值。

當(dāng)天的測量完畢后，流動(dòng)站需要再到已知點(diǎn)上進(jìn)行檢查[4]。檢查無誤后方可導(dǎo)出手簿中的坐標(biāo)。質(zhì)檢表如下：

表2 質(zhì)檢表 單位：m

3.2 誤差分析與質(zhì)量控制措施

本次像控測量工作中的誤差主要來源于以下幾個(gè)方面[5]：

3.2.1 由儀器精度引起的誤差

常德市航攝項(xiàng)目像控測量選擇使用Topcon Hiper Ga型接收機(jī)，儀器的標(biāo)稱精度如表3所示。

表3 儀器標(biāo)稱精度

當(dāng)基線長度在4km以內(nèi)時(shí)，由儀器精度引起的水平中誤差最大值為1.4cm，高程中誤差最大值為1.9cm。

3.2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換引起的誤差

該項(xiàng)誤差與轉(zhuǎn)換模型、參與轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)的位置、坐標(biāo)采集的準(zhǔn)確程度有關(guān)。因此在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)要盡量選取測區(qū)四角的控制點(diǎn)，控制點(diǎn)的范圍要能夠覆蓋整個(gè)測區(qū)；同時(shí)四角的控制點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)須是經(jīng)平差后的坐標(biāo)。經(jīng)常德市航攝項(xiàng)目的實(shí)地檢測，采取上述措施后，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的殘差均在2cm以內(nèi)。

3.2.3 人為誤差

人為操作引起的誤差主要有：由于對中桿未精確對中、天線高度量取不準(zhǔn)確、控制點(diǎn)坐標(biāo)輸入錯(cuò)誤等操作引起的誤差。這些誤差可以通過到“已知點(diǎn)-未知點(diǎn)-已知點(diǎn)”的作業(yè)方式和每個(gè)未知點(diǎn)進(jìn)行3次測量取平均值的方法得到有效削弱。每個(gè)控制點(diǎn)測量3次取平均值的測量方式可以將人為誤差控制在1cm以內(nèi)。

綜上所述，各項(xiàng)誤差累計(jì)不超過0.1m，理論上采用RTK測量方法能夠滿足像控點(diǎn)的平面和高程精度要求，但要對所測量的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)后才能下最終結(jié)論。

4 數(shù)據(jù)精度檢驗(yàn)

使用RTK所測量的像控點(diǎn)的精度能否滿足要求，需要在接下來進(jìn)行的空三加密工作中進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.1 空三加密限差

《數(shù)字航空攝影測量 空中三角測量規(guī)范》（GB/ T23236—2009）中1∶1000成圖比例尺的各項(xiàng)規(guī)定見表4[6]：

表4 基本定向點(diǎn)殘差、檢查點(diǎn)誤差、公共點(diǎn)較差最大限值單位：m

4.2 空三加密成果表

將用RTK測量的常德市像控點(diǎn)坐標(biāo)輸入軟件中進(jìn)行空三加密，平差后輸出報(bào)表如表5：

從表中可看出，地面定向點(diǎn)的誤差均小于空三加密的限差要求，因此本次項(xiàng)目中使用單基站RTK技術(shù)測量的像控點(diǎn)精度能夠滿足本項(xiàng)目的空三加密要求。

表5 平差成果表 單位：m

5 結(jié)論

RTK技術(shù)以其方便快捷、靈活性強(qiáng)、精確度高而被廣泛應(yīng)用于大地測量和工程測量的各個(gè)領(lǐng)域。通過此次常德市像控測量工作，我們發(fā)現(xiàn)RTK技術(shù)在航控?cái)z影測量領(lǐng)域同樣適用，只要我們理解RTK技術(shù)的工作原理，掌握RTK測量工作中的誤差來源，在實(shí)際工作中采取有效措施，使用RTK進(jìn)行像控測量的精度完全在可控制范圍內(nèi)，使得我們能夠更快更好地完成航測項(xiàng)目中的像控測量任務(wù)。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范:GB/T7931-2008 [S] .北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[2]石金峰,李新慧,楊培章.RTK技術(shù)及其在控制測量中的應(yīng)用[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2004(6):737-739.

[3]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/ T2009－2010 [S] .北京:測繪出版社,2010.

[4]沈銘,王偉.GPS RTK技術(shù)誤差分析及質(zhì)量控制[J].資源環(huán)境與工程,2007,21(5):101-103.

[5]張弘,劉學(xué).RTK定位測量的誤差分析及提高精度的關(guān)鍵[J].城市勘測,2007(1):18-20.

[6]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范:GB/T 23236-2009 [S]. 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

劉先洪（1985― ），男，漢族，本科，助理工程師，從事測繪工程工作。E-mail: 602818465@qq.com