優化山區GNSS圖根控制點精度的研究

陳均

摘 要：隨著中國城市建設的發展，人們對測繪基礎數據精度要求越來越高。基于此，本文首先闡述GNSS RTK技術及精度要求，然后分析GNSS RTK應用于山區測試中存在的問題，最后探討山區GNSS圖根控制精度的提升，以期為山區獲取符合精度的圖根控制點提供參考。

關鍵詞：GNSS RTK；圖根控制點；精度

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：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

隨著中國城市建設的發展，人們對測繪基礎數據精度要求越來越高。一般情況下人們通過GNSS靜態數據建立足夠密度與精度的城市D、E級控制網，但為了滿足工程日常實時實地的需要，需采用動態RTK技術加密一、二、三級控制點與圖根點。

1 GNSS RTK技術及精度要求

隨著中國北斗衛星導航系統的日益完善，以及GNSS觀測技術與接收機技術日益成熟，通過動態模式獲取高精度、高效率定位信息的GNSS RTK定位技術已被應用于測繪的各個方面。RTK技術又稱為載波相位差分技術，其通過讓用戶站接收GNSS衛星的載波相位與來自基準站（或CORS控制中心）的載波相位，并組成相位差分觀測值進行實時處理，能實時給出厘米級的定位結果。目前，其應用主要分為常規RTK（電臺模式）與網絡RTK（主要為CORS模式）兩種。

GNSS RTK控制點位應選取在視野開闊、遠離干擾源的地方，觀測時應符合以下標準：高度角≥15°，衛星個數≥5顆，PDOP≤6，與基準站的距離≤5km（采用網絡RTK測量時距離不受限制，只需保證在網絡有效服務范圍內即可），控制點的點位中誤差≤±5cm，大地高中誤差≤±3cm，RTK平面控制點測量平面坐標轉換殘差≤±2cm，高程控制點測量高程異常擬合殘差≤±3cm，觀測歷元≥20，觀測次數不少于2次[1]。

2 GNSS RTK應用于山區測試中存在的問題

2.1 CORS模式在山區GNSS測試中存在的問題

①移動信號不好，經常存在信號源缺失或丟失的現象。由于山區人口稀少，移動通信網基站存在密度覆蓋不足的問題，信號難以固定或需長時間等待。

②受遮擋物的影響，常造成信號失聯或者中斷。在無線電數據傳輸過程中，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，高程異常不穩定。受山區高差變化以及GNSS信號多路徑效應影響，RTK高程異常，體現出波動現象，表現出不均勻性。

2.2 傳統RTK模式在山區GNSS測試中存在的問題

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

②距離越遠，誤差越大。離基準站或已知高等級控制點距離越遠，其相應的控制點精度就越難以把握。

③受遮擋物的影響以及基準站的變化，轉換參數需要重新求解。轉換參數不統一，其相應的信息匹配精度也會不同。

④高差變化大，高程異常不穩定。與參考點的高差大小及與基準站之間的傳輸質量影響高程控制精度。

3 山區GNSS圖根控制精度的提升

3.1 網絡信號的增強

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

3.2 控制轉換參數的施測方案

測區高等級控制點應有足夠密度與精度，平面宜采用靜態觀測，高程精度應達到四等。測區轉換參數首先通過RTK實地采集高等級控制點的WGS-84坐標，再通過與當地坐標系內業計算比對，優選分布均勻、平面殘差精度高的控制點組成測區轉換參數公共點，建立測區平面坐標系。測區的高程異常可以通過數學擬合方法、內插法精化似大地水準面模型等獲取，擬合的起算點等級為四等水準及以上，間距一般不宜超過5km，點數不少于6個，地形起伏較大時，應適當增加。高程轉換參數是在平面參數中加載高程三參，將測區按不同高程面進行分區，實現高程控制面精準化。

3.3 多電臺圖根控制施測方法

電臺架設在已知點上，首級控制布設時，應有意識選取視野開闊，與流動站通信障礙最小的地方，如山頭、山脊和高層屋頂等。在布設基準站點時，可直接埋設簡易觀測墩，以方便基準站重復架設設置與使用。

4 不同RTK應用方式在工程中的精度研究

龍巖中心城區至培豐鎮快速通道測區施測范圍呈條帶狀，沿山谷縱向延伸，東西長約11.5km，南北寬約5.0km，測區面積11.5km2，測區海拔最高為560m，最低為350m，沿測區內外共分布13個C、D級GNSS點，21個四等水準點。GNSS RTK儀器采用南方靈銳S86三頻接收機（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經優化選取其中7個C、D級點求取測區平面參數（七參法），經計算，平面轉換殘差為0.7cm<3.5cm，驗測其他控制點最大值為3.3cm。采用電臺模式時，基準站架設在固定的已知點上，位置基本沿縱向均勻分布，每個基準站作業半徑為2～4km，共設置4個基準站。高程轉換參數不分區時，其驗測其他控制點最大值為16cm>10cm，當建立400m與500m兩個高程參數面時，驗測其他控制點最大值為6cm<10cm。

②本次測區共布設埋石圖根點403個，其中采取兩種RTK模式施測共160個，驗測圖根控制點88個，RTK模式復測高程點160個，等外水準復測高程點260個，詳細精度分析如表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了網絡RTK的缺陷。在山區，其效果更明顯，精度更穩定；在高程方面，擬合高程在山區受到高差與多路徑效應影響，表現出了一定粗差。

5 結語

現代山區GNSS技術性測量還存在諸多不完善之處，因此，可以采用CORS技術、水準技術聯合多電臺RTK技術進行參數數據的計算與分析，以提高山區GNSS圖根控制點精度。

參考文獻：

[1]國家測繪局.全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范：CH/T 2009—2010[S].北京：測繪出版社，2010.