论文部分内容阅读
摘 要:GPS系统这一全新的现代定位方法已全面取代常规光学和电子仪器,与现代通讯和计算机技术相结合,以同时测定三维坐标的方法将测量定位技术扩展到海洋和外层空间,同时从定点扩展到区域,从静态扩展到动态,精度达到毫米级,从而大大拓宽了应用范围,在地球物理学、气象、海洋、交通等领域获得了广泛运用。本文主要介绍了GPS-RTK技术的应用,从分析RTK测量技术的优势和局限性、主要误差来源及误差控制入手,探讨RTK测量技术优化应用的措施。
关键词:RTK;优势;局限性;误差来源;优化
一、引言
RTK(Real Time Kinematic)技术是实时载波相位差分技术,是实时处理两个载波相位观测量的差分方法。随着RTK技术的日益成熟,RTK技术在测量领域得到了广泛应用。众所周知,每种新技术在生产中的应用,总要满足一定的前提或条件,才能发挥其最大工作效能。当然,RTK技术在测量中的应用也不例外,RTK技术快速、灵活的作业方式,依赖于稳健的数据链以及一些外界条件。如何针对外界条件,结合测量项目的特点,采取相应的作业措施,发挥其最大工作效能,是每个测量单位以致于测量界的一个新课题。本文结合市政工程测量的特点,从分析RTK测量技术的优势和局限性、主要误差来源及误差控制入手,探讨应用RTK技术优势发挥其最大工作效能的措施和方法。
二、RTK技术优势及局限性
(一)RTK技术优势
1、作业条件要求较低。RTK受地形和植被的通视条件、能见度、气候、季节等因素影响和限制较小,不要求两点间通视。
2、作业效率高。一般作业环境下,RTK作业半径为10公里,大大减少已知点的需求,减少仪器的搬迁次数,需要的作业人员少,劳动强度低,作业速度快。
3、自动化、集成化程度高。采用内装式软件控制系统,测绘功能强大,无需人工干预,辅助测量工作大大减少,减少人为误差,保证了作业精度。
4、操作简便,数据处理能力强。只要在设站时进行简单的操作,就可边走边获得测量结果(坐标数据或点位)。数据输入、存储、处理、转换和输出功能强大,并能方便快捷地与计算机、其它测量仪器进行通信,大大减少人工的工作量。
5、GPS方格网点位精度高、误差分布均匀、没有误差积累,不但能够满足规范要求,而且具有较大的精度储备。只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内,RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。
6、采用GPS-RTK测设建筑方格网与常规测量法相比,效率可提高一倍以上,并能大幅度降低作业人员的劳动强度。一个参考站可有多台流动站作业,流动站不需基准站指挥,单人即可独立作业。
(二)RTK技术局限性
1、受卫星状况限制。若没有足够的卫星数或卫星分布不均匀,会使RTK初始化不能完成;城市高楼密布区卫星信号被遮挡时间较长,作业时间受到极大的限制或容易造成失锁;RTK测量与卫星分布以及数据链的性能有关,而且结果为独立观测值,缺乏外部兼容性的检核。
2、受天空环境影响。RTK作业过程中,受电离层、对流层的干扰;共用卫星少的情况下,甚至不能初始化。,在老城区的建设中,使用GPS测量,或者接收不到信号,或者虽接收到信号,但一直处于浮动状态,出现假固定或者不能固定,因此所得数据往往误差较大,既无效率,又无精度,不能显示出GPS测量的优越性。
3、受测区环境的影响。RTK作业过程中,容易受周围的无线电、高压线、通信线以及反射环境的影响。比如向上15°视角范围有障碍物,大功率无线电发射源,高压输电线路,大面积的水域等。
4、数据链传输受干扰和限制。RTK数据链传输容易受山体、高大建筑物等障碍物和各种高频信号源的干扰,在传输过程中衰减严重,严重影响作业精度和作业半径;在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。
5、存在高程异常问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确,我国现有的高程异常图在有些地区,尤其是山区,存在较大误差,这使得将GPS大地高程转换至水准高程的工作相当困难,精度也不均匀。
三、RTK测量技术应用的优化
综合上述分析,在同等的作业环境条件下,在避开电离层、对流层活跃程度较大及中午的时间段进行RTK作业外,为使RTK测量技术在市政工程测量中发挥其最大效能,最主要的是削弱多路径效应对测量成果的影响,以及提高已知控制点的精度与转换模型精度问题。
(一)削弱多路径效应对测量成果影响的措施
1、选择性能良好的接收设备,如选择具有Pinwheel技术的天线。
2、基准站选择在卫星高度角开阔、能避免无线电或高压线强烈干扰、周围无影响GPS信号的反射物(如大面积水域、大型建筑物等)的地区,便于进行全天作业(如进出方便、关系协调容易等)的高点。
3、采用GSM或CDMA拨号连接作为基准站与流动站间数据传输的载体。
4、基准站附近铺设吸收电波的材料。
(二)已知控制点优化的措施
在一个城市中,保存下来的高等级的控制点,成果大多为平面与高程分离,往往是不同技术方法、不同时期施测的成果,存在系统性的误差(有些相容性较差),附带有高程的也大多为三角高程或GPS拟合高程。为使RTK技术更好的应用于市政工程测量中,有必要对已知控制点进行优化后加以应用。
1、控制点的点位选择优化
由于RTK作业不受两点间相互通视的限制,作为RTK作业使用的控制点,从以下方面进行筛选优化:点位具有良好的天空开阔度;能避开无线电或高压线强烈干扰;能避开GPS信号反射物;作为基准站的控制点易于全天作业,且是某一区域范围内的相对高点。
2、控制点的布局优化
控制点的布局要求分布均匀且能覆盖整个测区。优化的措施为:根据上述筛选的控制点,结合地势高低(平原地区可不考虑,因高程异常相差很小),分片确定基准站点、校正点。基准站点满足作业半径不大于10公里并与相邻基准站具有一定的重合的覆盖面的要求;校正点满足覆盖整个分片区,并以能代表分片区的正常高的一点(具有水准高程成果)作为该分片的高程原点。
3、控制点等级优化
控制点等级的优化的主要目的是提高已知控制点的精度,确保基准站点、校正点的WGS-84坐标之间相对矢量关系的准确性。优化的措施为:对上述筛选后的控制点实施GPS静态测量。
(三)转换模型的优化措施
转换模型的优化目的是减少WGS-84坐标系向地方坐标系转换的模型误差,合理地求取RTK转换参数。为求得精确的转换参数,通常有七参数法和四参数法两种。四参数是同一椭球不同坐标系之间的转换,七参数是两个不同椭球之间的坐标转换。显然,RTK测量更多的是使用七参数法。因采用GPS静态测量,通过平差软件进行后处理便可自动求出七参数,故转换模型的优化就变成了静态GPS网的优化,其关键就是高程拟合模型的优化问题。求高程拟合参数实际上是求一个区域高程异常的过程。具体的优化措施为:选取能代表各分片的高程控制点,点数达到6个或更多,而且分布均匀,参与到GPS静态网进行平差,那么求得的拟合参数精度更高。
四、结论
为使RTK测量技术优势发挥其最大工作效能,优化RTK工作的基本条件是重要的措施。而从削弱多路径效应对测量成果的影响,以及提高已知控制点的精度与转换模型精度入手,可达到提高RTK测量点的精度,特别是控制点的等级精度,解决高程异常问题;解决控制点引测、外业点校正找点问题;分片建立转换模型采用内业校正,免除同一分片内的测量项目重复进行外业点校正等的目的,使RTK测量的技术优势得到更充分的发挥,有效的提高作业效率。
参考文献:
[1]徐绍铨等.GPS测量原理及应用[M].武汉测绘科技大学出版社,2000.
[2]吉星升,董军.《GPS技术在工程测量中应用现状及其局限性》中国测量,2002,6.
[3]张振军等.RTK测量精度评定方法研究.测绘通报[J].2007,(1).
关键词:RTK;优势;局限性;误差来源;优化
一、引言
RTK(Real Time Kinematic)技术是实时载波相位差分技术,是实时处理两个载波相位观测量的差分方法。随着RTK技术的日益成熟,RTK技术在测量领域得到了广泛应用。众所周知,每种新技术在生产中的应用,总要满足一定的前提或条件,才能发挥其最大工作效能。当然,RTK技术在测量中的应用也不例外,RTK技术快速、灵活的作业方式,依赖于稳健的数据链以及一些外界条件。如何针对外界条件,结合测量项目的特点,采取相应的作业措施,发挥其最大工作效能,是每个测量单位以致于测量界的一个新课题。本文结合市政工程测量的特点,从分析RTK测量技术的优势和局限性、主要误差来源及误差控制入手,探讨应用RTK技术优势发挥其最大工作效能的措施和方法。
二、RTK技术优势及局限性
(一)RTK技术优势
1、作业条件要求较低。RTK受地形和植被的通视条件、能见度、气候、季节等因素影响和限制较小,不要求两点间通视。
2、作业效率高。一般作业环境下,RTK作业半径为10公里,大大减少已知点的需求,减少仪器的搬迁次数,需要的作业人员少,劳动强度低,作业速度快。
3、自动化、集成化程度高。采用内装式软件控制系统,测绘功能强大,无需人工干预,辅助测量工作大大减少,减少人为误差,保证了作业精度。
4、操作简便,数据处理能力强。只要在设站时进行简单的操作,就可边走边获得测量结果(坐标数据或点位)。数据输入、存储、处理、转换和输出功能强大,并能方便快捷地与计算机、其它测量仪器进行通信,大大减少人工的工作量。
5、GPS方格网点位精度高、误差分布均匀、没有误差积累,不但能够满足规范要求,而且具有较大的精度储备。只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内,RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。
6、采用GPS-RTK测设建筑方格网与常规测量法相比,效率可提高一倍以上,并能大幅度降低作业人员的劳动强度。一个参考站可有多台流动站作业,流动站不需基准站指挥,单人即可独立作业。
(二)RTK技术局限性
1、受卫星状况限制。若没有足够的卫星数或卫星分布不均匀,会使RTK初始化不能完成;城市高楼密布区卫星信号被遮挡时间较长,作业时间受到极大的限制或容易造成失锁;RTK测量与卫星分布以及数据链的性能有关,而且结果为独立观测值,缺乏外部兼容性的检核。
2、受天空环境影响。RTK作业过程中,受电离层、对流层的干扰;共用卫星少的情况下,甚至不能初始化。,在老城区的建设中,使用GPS测量,或者接收不到信号,或者虽接收到信号,但一直处于浮动状态,出现假固定或者不能固定,因此所得数据往往误差较大,既无效率,又无精度,不能显示出GPS测量的优越性。
3、受测区环境的影响。RTK作业过程中,容易受周围的无线电、高压线、通信线以及反射环境的影响。比如向上15°视角范围有障碍物,大功率无线电发射源,高压输电线路,大面积的水域等。
4、数据链传输受干扰和限制。RTK数据链传输容易受山体、高大建筑物等障碍物和各种高频信号源的干扰,在传输过程中衰减严重,严重影响作业精度和作业半径;在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。
5、存在高程异常问题。RTK作业模式要求高程的转换必须精确,我国现有的高程异常图在有些地区,尤其是山区,存在较大误差,这使得将GPS大地高程转换至水准高程的工作相当困难,精度也不均匀。
三、RTK测量技术应用的优化
综合上述分析,在同等的作业环境条件下,在避开电离层、对流层活跃程度较大及中午的时间段进行RTK作业外,为使RTK测量技术在市政工程测量中发挥其最大效能,最主要的是削弱多路径效应对测量成果的影响,以及提高已知控制点的精度与转换模型精度问题。
(一)削弱多路径效应对测量成果影响的措施
1、选择性能良好的接收设备,如选择具有Pinwheel技术的天线。
2、基准站选择在卫星高度角开阔、能避免无线电或高压线强烈干扰、周围无影响GPS信号的反射物(如大面积水域、大型建筑物等)的地区,便于进行全天作业(如进出方便、关系协调容易等)的高点。
3、采用GSM或CDMA拨号连接作为基准站与流动站间数据传输的载体。
4、基准站附近铺设吸收电波的材料。
(二)已知控制点优化的措施
在一个城市中,保存下来的高等级的控制点,成果大多为平面与高程分离,往往是不同技术方法、不同时期施测的成果,存在系统性的误差(有些相容性较差),附带有高程的也大多为三角高程或GPS拟合高程。为使RTK技术更好的应用于市政工程测量中,有必要对已知控制点进行优化后加以应用。
1、控制点的点位选择优化
由于RTK作业不受两点间相互通视的限制,作为RTK作业使用的控制点,从以下方面进行筛选优化:点位具有良好的天空开阔度;能避开无线电或高压线强烈干扰;能避开GPS信号反射物;作为基准站的控制点易于全天作业,且是某一区域范围内的相对高点。
2、控制点的布局优化
控制点的布局要求分布均匀且能覆盖整个测区。优化的措施为:根据上述筛选的控制点,结合地势高低(平原地区可不考虑,因高程异常相差很小),分片确定基准站点、校正点。基准站点满足作业半径不大于10公里并与相邻基准站具有一定的重合的覆盖面的要求;校正点满足覆盖整个分片区,并以能代表分片区的正常高的一点(具有水准高程成果)作为该分片的高程原点。
3、控制点等级优化
控制点等级的优化的主要目的是提高已知控制点的精度,确保基准站点、校正点的WGS-84坐标之间相对矢量关系的准确性。优化的措施为:对上述筛选后的控制点实施GPS静态测量。
(三)转换模型的优化措施
转换模型的优化目的是减少WGS-84坐标系向地方坐标系转换的模型误差,合理地求取RTK转换参数。为求得精确的转换参数,通常有七参数法和四参数法两种。四参数是同一椭球不同坐标系之间的转换,七参数是两个不同椭球之间的坐标转换。显然,RTK测量更多的是使用七参数法。因采用GPS静态测量,通过平差软件进行后处理便可自动求出七参数,故转换模型的优化就变成了静态GPS网的优化,其关键就是高程拟合模型的优化问题。求高程拟合参数实际上是求一个区域高程异常的过程。具体的优化措施为:选取能代表各分片的高程控制点,点数达到6个或更多,而且分布均匀,参与到GPS静态网进行平差,那么求得的拟合参数精度更高。
四、结论
为使RTK测量技术优势发挥其最大工作效能,优化RTK工作的基本条件是重要的措施。而从削弱多路径效应对测量成果的影响,以及提高已知控制点的精度与转换模型精度入手,可达到提高RTK测量点的精度,特别是控制点的等级精度,解决高程异常问题;解决控制点引测、外业点校正找点问题;分片建立转换模型采用内业校正,免除同一分片内的测量项目重复进行外业点校正等的目的,使RTK测量的技术优势得到更充分的发挥,有效的提高作业效率。
参考文献:
[1]徐绍铨等.GPS测量原理及应用[M].武汉测绘科技大学出版社,2000.
[2]吉星升,董军.《GPS技术在工程测量中应用现状及其局限性》中国测量,2002,6.
[3]张振军等.RTK测量精度评定方法研究.测绘通报[J].2007,(1).