GPSGPS 控制和网络控制和网络 RTKRTK 在实际工作中的运用探讨在实际工作中的运用探讨 宣城市国土资源发展中心 程小峰 摘摘 要 要 本文主要介绍宣城市经济技术开发区水系调整规划测量工程的地形地貌 测量方案 的选择 作业依据 GPS 控制网的设计的一些要求 布设过程中应注意和考虑的问题 观 测过程中的细节 数据处理分析所运用到的参数选择 控制网的精度评定的过程及精度分 析 简要介绍网络 RTK 的原理 描述网络 RTK 技术在宣城市开发区水系调整规划测量中的 应用 并作精度简单分析 推广网络 RTK 技术 关键词 关键词 GPS 控制网 精度分析 网络 RTK 技术 1 1概述概述 测区范围大 通视条件较差 工期紧 任务量大 质量要求高 决定利用静态 GPS 技 术进行控制测量和网络 RTK 进行外业数据的采集 由于 GPS 具有测量精度高 选点灵活 不需要造标 费用低 全天侯作业 观测时间短等优点 被广泛地用于大地测量 工程测 量 地籍测量 物探测量及各种类型的变形监测中 但在河道横断面测量中应用还比较少 本文拟结合工程项目的实际 对 GPS 在河道横断面测量平面控制网布设 精度等进行探讨 RTK 技术具有全天候工作 方便 快捷 高效 迅速地实现高精度的测量作业等 网络 RTK 在具备 RTK 的优点基础上 同时融入了通信网络技术等 使其测量范围更广 抗干扰性更 强等优点 2 2 平面控制测量平面控制测量 2 1 平面控制总体方案 平面控制点为原有 D 级 GPS 控制点 D015 D006 D044 为起算数据 由于三个 D 级 GPS 点的位置过于集中 并位于测区的东北部 对于控制整个测区十分不理想 因此在原有的 三个 D 级控制点上进行加密布设 加密控制点在四等 GPS 控制点基础上 采用 E 级 GPS 网 加密 整个 E 级控制网布设 10 个控制点 控制网网型如图 1 所示 点位布设满足条件 点位的选择符合技术要求 利于扩展与联测 点位的埋设基 础稳固 便于长期保存 有利于扩展 点位便于安置接收设备和操作 视野开阔其高度 角大于 15 点位一般远离大功率无线电发射源 200 米左右 图 1 宣城市开发区水系调整规划测量控制网 2 2 GPS 控制点测量 2 2 1 观测 E 级 GPS 控制点使用 3 台华测 X20 单频静态 GPS *** 2 台华测 X90 ***进行同步 观测 标称精度 5mm 1PPm D 观测前根据星历预报认真编制观测计划 每一时段同步观 测卫星有效颗数均大于 4 颗 卫星数据采样率为 15s 卫星高度角均大于 15 PDOP 值小 于 6 各条观测基线的整周模糊度因子在 1 5 以上 保证了卫星与***之间具有较强的 图形强度 观测时间最短的为 60min 平均重复设站率为 2 2 观测前后各量取仪器高 1 次 至 1mm 两次量测较差均小于 2mm 取其平均值为最后结果记录在观测手簿中 2 2 2 数据处理 E 级 GPS 控制网基线预处理 数据质量检核及平差计算均采用华测公司研发的随机软件 华测 Compass GPS 静态处理平差软件 在计算机上进行 1 基线处理 基线解算在 WGS1984 坐标系下以同步观测的时间段为单位 采用广播星 历按单基线双差固定解进行解算 各条基线均加入了空气传播延迟的修正 通过删除卫星 删除时间和选择不同的误差改正模型等方式进行人工干预解算基线 2 解算数据质量检校 外业数据采集按 全球定位系统 GPS 测量规范 要求的序幕 进行全面校核 各项质量检验均符合要求 各项限差要求如下 边长中误差 重复观测基线边长互差 10 62 Dba 22 ds 同步环 x y z 异步环 x y z 5 n n 3 注 D 为网平均边长 n 为环边数 为标准差 单位为 mm a 固定误差 b 比例误 差系数 z 的精度指标可放宽一倍 全网同步环共 16 个 闭合差最大的为 0 93ppm 闭合差最小的为 0 03 ppm 闭合差平 均值为 0 363ppm 全网异步环共 13 个 闭合差最大的为 1 83ppm 闭合差最小的为 0 31ppm 闭合差平均 值为 0 981ppm 重复观测基线 4 条 最大的为 1 55ppm 最小的为 0 87ppm 平均值为 1 31ppm 以上三项精度指标均小于规范规定限差值 则满足要求 3 1980 西安坐标系三维约束平差 1980 西安坐标系三维约束平差主要进行内部精度分析 粗差分析 单位权方差基数估算 提取基线构网 在基线向量校核合格后利用 华测 Compass GPS 静态处理平差软件 以相应的方差 协方差阵作为观测信息 以 D 级 GPS 控制 点 D006 D015 D044 三点作为约束点 得到该网的 1980 西安坐标系三维约束平差 其结 果如表 1 2 3 所示 表 1 基线精度 单位 cm x V y V z V 最大改正数 1 641 091 38 最小改正数 0 020 000 18 表 2 边长精度 最高边 1 2960125 最弱边 1 643387 平均精度 1 1204124 注 基线总数 33 条 表 3 点位精度 单位 cm x m y m p m 最大值 0 220 440 63 最小值 0 100 110 22 平均值 0 1390 1680 324 求得各基线分量改正数绝对值均满足 3 V 3 V 3 V 4 1980 西安坐标系二维约束平差 1980 西安坐标系三维约束平差后 采用 华测 Compass GPS 静态处理平差软件 利用可靠的基线观测量 在 1980 西安坐标系内进行二维 约束平差 以 D 级 GPS 控制点 D006 D015 D044 三点作为起算点 选取不同的拟合路线 采用附加地形改正的曲面拟合方法进行拟合 以检验 E 级 GPS 控制网的平面精度 平差后 均符合 全球定位系统 GPS 测量规范 E 级 GPS 控制网 1980 西安坐标系平差精度见表 4 1980 西安坐标系二维约束平差中各基线分量改正数同样是利用 华测 Compass GPS 静 态处理平差软件 和 1980 西安坐标系三维约束平差同一方法求得 平差后两者的基线相应 改正数的较差比较 其绝对值均满足 2 Xdv 2 Ydv 表 4 GPS 平差精度表 1980 西安坐标系三维 约束平差 1980 西安坐标系二维 约束平差 误差 类型 最弱点中误 差 cm 边长相对中 误差 最弱点中误差 cm边长相对中误差 E 级网 共 10 点 0 921 26228451 981 589498 控制网的布设合理规范 埋石点的埋设和及标志设置规范 GPS 基线数据质量 平差成 果准确可靠 为下一步测量外业工作的开展奠定了基础 3 3 网络网络 RTKRTK 外业测量外业测量 3 1 网络 RTK 工作原理 网络 RTK 技术也叫多基站 RTK 技术 这是对普通 RTK 方法的改进 基于全球卫星定位 导航系统的连续运行参考站网络 Continuously Operating Reference Stations 也简 称 CORS 系统 它是网络 RTK 的第三代定位技术 目前应用于网络 RTK 数据处理的方法有多 种 其中虚拟参考站技术最为成熟 网络 RTK 系统由若干个连续运行的 GPS 基准站 计算中心 数据发布中心和移动站 用户 GPS *** 组成 如图 2 所示 连续运行的 GPS 基准站实时将观测值传输至 计算中心 计算中心根据各 GPS 基准站的观测值 计算区域电离层 对流层和卫星轨道等 误差模型 并实时将各基准站的观测值减去其误差改正 得出无误差观测值 再结合移动 站的观测值 计算出在移动站附近的虚拟参考站的相位差分改正 并实时地传给数据发布 中心 数据发布中心实时接收计算中心的相位差分改正信息 并实时发布 可采用 FM 或 GSM 或 COPD 或 CDMA 或 Internet 等 用户 移动站 通过接收不断传送的实时相位 差分改正数据 结合自身 GPS 观测值 组成双差分相位观测值 快速确定整周模糊度和位 置信息 实现高精度的实时定位 图 2 网络 RTK 原理图 3 2 测量精度评估 网络 RTK 其误差来源是多方面的 如卫星星历误差 卫星钟误差等 还有在作业时的对 中误差等 就此次宣城市开发区水系调整规划测量来讲 多路径效应对网络 RTK 的精度影响 是最大的 尽管硬件和软件能降低这种影响 但是在树林边 水域边和居民地等一些敏感地 带测点时 适当延长观测时间还是很有必要的 另外在高程拟合方面 大地水准面模型的精度高低也直接影响到内插值的精度 水系工程测量中 每幅图必须至少引入 个埋石控制点 这 个控制点可以满足用传统测 量方法直接进行测量作业 距离一般不超过 200 米 平面坐标采用 GPS 经典静态方式引入 高程采用四等水准方式引入 一般有采用 GPS 拟合方式引入即可 本测区为检验网络 RTK 精度专门引入水准成果 为检查网络 RTK 的精度 我们用网络 RTK 也对这新引入的两个点 进行了联测 坐标对比如下 表 静态 GPS 平面成果与网络 RTK 平面成果对比 点名x 较差 mm y 较差 mm 点位较差 mm GE0112 14 18 GE05 1013 16 表 水准高程与网络 RTK 高程对比 点名水准高程 m RTK 高程 m 高程较差 mm D01527 03327 01419 D04430 49930 48118 实践证明 网络 RTK 完全可以达到厘米级的精度 点位间不存在误差累计 满足宣城 市开发区水系调整规划测量的精度要求 3 3 外业测量 为了使测量所得的成果统一于宣城市开发区要求的 宣城市***坐标系 和 吴淞高 程系 所联测的控制点必须为这种坐标系下的成果 测前应在测区内选择三个及以上分布 均匀的控制点进行点校正 即求解 WGS84 地心坐标与宣城市***坐标系坐标系间的坐标转 换参数 得出转换参数后便可进行下一步的测量工作 本次测量工作中 采用了四个移动站分两组同时进行作业 整个测量过程 包括联测 控制点 只进行了 10 天的时间即完成外业采集任务 在相同的人力情况下传统测量技术是 不可能办得到的 4 4结语结语 本次宣城市开发区水系调整规划测量工作中 测区范围大 通视条件较差 工期紧 任务量大 质量要求高 在
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