控制测量中RTK高程精度的探讨
作者:adminchy 发布于:2016-06-01 18:16:00 文字:
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摘要:随着GPS-RTK在工程测量中大范围的普及应用,由于RTK高程测量精度的不确定性,结合实际工程中测量数据的统计、分析结果,针对影响RTK高程测量精度的各种因素,提出了提高RTK高程精度的具体措施。得出了在小测区范围内RTK高程测量的精度能满足图根高程的结论。
关键词:GPS-RTK,高程精度,粗差
1. 引言
在测绘工作中,GPS-RTK以其定位精度高、效率快、不要求点位相互通视、自动化程度高、误差累积小、测绘成果统一、操作简单、全天候等优点,在测绘各个领域被广泛运用。
RTK系统包括三部分即基准站、移动站和软件系统。基准站由双频GPS接收机、GPS天线、发送电台及天线、电源等组成,移动站由双频GPS接收机、GPS天线、接收电台及天线、手薄、电源、对中杆等组成,软件系统由支持实时动态差分的软件系统(如WindowsCE)及工程测量应用软件组成。
它通过在基准站上安置一台GPS接收机对所有可视的GPS卫星进行连续观测,并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送给移动观测站。在移动站上,GPS接收机在接收GPS卫星信号同时通过无线电接收设备接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位原理,实时地计算并显示移动站的三维坐标及精度
在实际工程测量中,RTK所采集的为WGS-84坐标,其平面坐标经过差分处理,修正值改正后其相对精度较高是毋庸置疑的,已得到了广泛应用并取得了显著的经济效益。但高程精度在由大地高向正常高转换中,由于方法不同和高程异常的不确定性,导致高程精度存在不确定性,故需对影响RTK高程精度的因素进行一定的分析研究.以确定RTK拟合高程的可行性。
2. RTK高程拟合原理
地面点沿椭球法线到参考椭球面的距离称为大地高,用H表示。地面点沿铅垂线方向到似大地水准面的距离叫做正常高.用h表示。似大地水准面与椭球面之间的距离称为高程异常。用ξ表示.其关系式如下:
ξ=H-h
因此要将GPS测得的大地高转换为正常高就需要精确获取该异常差值。
图1大地高正常高高程异常关系图
三者中已知任何两个即可求得第三个.由于GPS—RTK技术一般用于局部区域测量,在一定范围内高程异常虽然不为常数,但可以认为在此范围内变化平缓。通过采集一定数量已知控制点的近似大地高,经数学函数拟合.求得能反映GPS—RTK网控制范围内高程异常变化的函数,通过内插求得测区中其它各未知点的高程异常。常用的拟合方法有直线拟合、二次曲面拟合以及多面函数拟合等等.当测区起伏不大,比较平坦时,对应的高程异常面一般可用平面或二次曲面拟合.但若某区域的似大地水准面较复杂,可以采用二次曲面等较为简单的函数对移去后的曲面进行拟合,然后再将移去的EGM96高恢复,可望得到较好的拟合结果[1].
3.工程实例
SICOMINES铜钴矿区位于刚果(金)南部科尔韦兹市西偏南,该地区为热带草原边缘得带,平均海拔1430米。测绘工作区面积为11平方公里,测区范围内分布有两个大型采坑,采坑内积水,多个大型渣山,测区北部为灌木丛区,中部分布大片量尾沙区。适逢雨季结束,开始旱季,植被茂盛,杂草丛生,灌木、杂草均达到2米,通视条件不理想。
测区首级控制采用GPS静态观测布设,精度达到D级,各点高程采用四等水准测量数据。四等水准网最弱高程中误差为±0.6cm。测区范围内图根点大部分采用等外水准测量。
测量采用中海达ZHDV8RTK系统,基准站架设在地势相对较高、视野开阔、交通方便且安全的地方。为了得到较好的高程精度,三个校正点均匀分布在测区范围内,应用RTK测量D级GPS控制点和经水准测量的图根控制点的高程。数据统计如下表:
表1RTK高程与水准高程比较
由表1中数据计算得出平均误差为21mm,中误差为32mm。从以上统计数据可以看出,较差最大的为62mm,较差最小的为4mm,根据《工程测量规范》规定,最后一次加密的高程控制点(图根高程控制),对邻近基本高程控制点的高程中误差不得大于±h/10(h为测图等高距).结果表明,RTK高程精度满足大比例尺地形图测量对图根控制高程精度的要求。RTK测量的高程可以代替五等水准高程
4.影响RTK高程精度的因素及采取的措施
4.1影响RTK高程精度的因素
(1) 接收机公有误差:GPS卫星,卫星信号的传播过程中产生的误差,如:卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等。
(2) 接收机自身观测误差:通道延迟、天线相位中心变化、接收机内部噪声等。
(3) 校正点得精度及选择校正点得分布。如果校正点坐标精度低,流动站测得三维坐标将带有系统偏差,校正点分布是否均匀会影响到函数拟合面是否合理。
(4) 外界观测环境的影响。作业时周围是否存在树木,房屋等障碍物影响观测精度,高压电塔等影响信号质量。
4.2为提高RTK高程精度应采取的措施
(1)与卫星、接收机有关误差,应合理选择设置基准站,限制移动站作业半径,远离大型电磁干扰源和大面积信号反射面等。作业前根据星历预报编制观测计划,选择最佳卫星分布,保证卫星与接收机之间具有较强的图形强度。
(2)提高大地高的测量精度及校正点高程精度,大地高测定的精度是影响GPS一RTK高程测量精度的主要因素之一。这可以从提高起算点精度,缩短基线距离,采用双频机,精确量取仪器高和流动站高[2],严格对中整平。采用水准精度高的校正点作为参数系统的起算点,减少起算点误差与接收机测量的大地高匹配以减少残差,调高参数的相吻合性,获取最终启动参数。
(3)校正点分布要合理、均匀。根据测区的不同情况校正点最好成几何图形均匀分布于测区范围内,高程要联测几何水准[3]。对含有不同趋势地区的大测区,可采用分区选取的办法,避免从一端向另一端无限制的外推。以获得与函数拟合面的最佳相似,减少内插产生的异常残差。在测量工作中校正点个数必须保证在3个以上,已知点越多精度越高。
(4)测量用RTK选用高精度,性能稳定且受外界环境因素影响小的仪器。RTK观测的采样间隔为1s,每次测量的历元数不小于10个,单次观测的平面收敛精度应小于2cm,高程收敛精度应小于3cm,因此要求RTK测定的点必须是固定解状态下测定。作业过程中,有效卫星个数应不少于5个,PDOP值不应大于6。
(5)在野外观测中,由于地形条件和天空卫星分布情况,致使GDOP值较大,而GDOP值较大时容易出现粗差,而RTK作业可靠性只有95%-99%,因此RTK作业不可避免出现粗差,剔除粗差方法为:一、增加多余观测值,多次进行初始化观测,比较观测值剔除粗差。二、在测图时用全站仪检较,检查是否存在粗差。
5.结束语
综上所述对GPS-RTK进行高程测量的误差来源进行了分析,在严格控制各项误差,采取诸多控制措施,选用合理作业方法,从根源处进行质量控制,高程精度能够满足图根高程所需。因此,在小范围测区内(辐射距离不宜过长,应小于2KM),采用多点校正的RTK测量,省时、省力,高程精度可靠。随着GPS技术的发展和应用,RTK将在多方面取代传统测量,尤其在应用RTK与全站仪的相配合的作业中,在解决GPS信号盲区的同时将大大提高工作效率,提供更加稳定可靠的数据成果。
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