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                          精品案例

                          1、前言

                          GPS(Global Positioning System,全球定位系統)是美國于1994年****建成,具有******實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。我國測繪等部門經過近10年的使用表明,GPS以全天候、高精度、自動化、****益等顯著特點,贏得廣大測繪工作者的信賴,并成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運載工具導航、地殼運動監測、工程變形監測、資源勘查、地球動力學等多種學科,給測繪領域帶來了一場深刻的技術革命。

                          GPS RTK(RealTimeKinematic,實時動態)技術是在GPS基礎上發展起來的,能夠實時提供流動站在指定坐標系中的三維定位結果,并在一定范圍內達到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式,是GPS應用的重大里程碑,它的出現為工程放樣、地形測圖、各種控制測量帶來了新曙光,極大地提高了外業作業效率。

                          目前,常規的GPS測量主要使用靜態、快速靜態方法來建立二級以上平面控制網,GPS在地籍測量中的應用也僅限于此;GPS RTK技術主要用于地形測量的碎部點采集、施工放樣等,而用來代替一、二級加密控制測量、圖根控制測量、地籍測量的界址點測量尚處于試驗研究階段。本文以實例,對應用RTK技術測量地籍加密一級控制點、界址點進行了試驗性研究,得出了一些有益的結論,為修訂地籍測量規范提供參考,同時使其在地籍測量中的應用科學化、規范化。

                          2、GPS RTK技術的基本原理及測量方法

                          2.1RTK的基本原理

                          RTK技術采用差分GPS三類(位置差分、偽距差分和相位差分)中的相位差分。這三類差分方式都是由基準站發送改正數,由流動站接收并對其測量結果進行改正,以獲得****的定位結果,所不同的是發送改正數的具體內容不一樣,其差分定位精度也不同。前兩類定位誤差的相關性會隨基準站與流動站的空間距離的增加其定位精度迅速降低,故RTK采用第三種方法。

                          RTK的工作原理是將一臺接收機置于基準站上,另一臺或幾臺接收機置于流動站上,基準站和流動站同時接收同一時間相同GPS衛星發射的信號,基準站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較,得到GPS差分改正值。然后將這個改正值及時地通過無線電數據鏈電臺傳遞給流動站以精化其GPS觀測值,得到經差分改正后流動站較準確的實時位置。流動站可處于靜止狀態,也可處于運動狀態。

                          RTK分修正法和差分法。修正法是基準站將載波相位修正量發送給流動站,以改正其載波相位,然后求解坐標。差分法是將基準站采集的載波相位發送給流動站進行求差解算坐標。前者為準RTK技術,后者為真正的RTK技術。

                          2.2 GPS RTK 系統組成

                          以易測(E-survey)E660接收機為例來說明RTK的系統組成。

                          2.3 RTK的測量方法

                          (1)“無投影/無轉換”法。直接用接收機在基準站和流動站接收WGS-84坐標,其后利用觀測的已知點的WGS-84坐標和相應的地方坐標根據一定的數學模型進行轉換。這種方法基準站不一定要安置在已知點上,但根據不同的轉換方法,需要觀測一定數量的已知點。
                           。2)“鍵入參數”法。把用靜態觀測求得的WGS-84坐標和地方坐標鍵入到手簿中,進行轉換,也可以置入靜態觀測平差時求取的轉換參數。該方法基準站須架設在已知點上,但可以不觀測其它已知點(為了檢核,建議在方便時還是觀測一定量的已知點)。

                          設置一臺GPS接收機作為基準站,并將一些必要的數據如基準站的坐標、高程、坐標轉換參數等輸入GPS控制手簿,一臺或幾臺GPS接收機設置為流動站;鶞收竞土鲃诱就瑫r接收衛星信號,基準站將接收到的衛星信號通過基準站電臺發送到流動站,流動站將接收到的衛星信號與基準站發來的信號傳輸到控制手簿進行實時差分及平差處理,實時得到本站的坐標和高程及其精度指標等,并隨時將實測精度和預設精度指標進行比較,一旦實測精度達到預設精度指標的要求,手簿將提示測量人員是否接受該成果,接受后手簿將測得的坐標、高程及精度同時存儲到手簿中。

                          2.4流動站距基準站的距離

                          RTK數據鏈無線電發射機的工作頻率目前采用UHF頻段,當功率一定時,發射距離隨天線高度增加而增加。

                          3、應用實例

                          使用易測(E-survey)E660 GPS接收機,其RTK標稱精度為,水平:±5mm+1ppm(2DRMS),垂直:±10mm+1ppm(2DRMS),選擇3個以上具有水準高程且均勻分布在RTK測量范圍的三、四等GPS點作為公共點,求取七參數進行WGS-84坐標系到地方坐標系的轉換。

                          3.1 GPS RTK代替地籍加密一級導線的實例

                          3.1.1 實例區概況

                          實例區以楚雄某鎮為中心,1:500數字化地籍測量面積約40km2,主要為居民地、平地、丘陵地、少部分為山地。****高差約200米,平均海撥為1850米,實例區附近有足夠三、四等GPS點。

                          3.1.2 一級導線觀測情況

                          RTK分修正法和差分法。修正法是基準站將載波相位修正量發送給流動站,以改正其載波相位,然后求解坐標。差分法是將基準站采集的載波相位發送給流動站進行求差解算坐標。前者為準RTK技術,后者為真正的RTK技術。

                          在三、四等GPS點下布設一級導線網,導線網水平角采用LeicaTC702及TOPCONGTS322全站儀觀測,水平角兩測回測定。高程網以測區附近的三等水準點為基準,布設成結點網,按四等光電測距高程導線的要求與水平角同時施測,垂直角中絲法往返觀測三測回,邊長往返觀測一測回。一級導線網共274點,平均邊長為350m,測角中誤差mβ=±3.0″,平差后**弱點點位中誤差mX=±3.22cm,mY=±2.50cm,mXY=±4.08cm,**弱導線路線相對閉合差1:19000;四等光電測距高程導線網**弱點高程中誤差mH=±1.61cm。以上精度符合文獻[3]的要求。

                          3.1.3 GPS RTK施測情況

                          本區用RTK共檢測一級導線點47點,流動站距基準站****距離5.84km,**近距離30m,平均距離2.45km。預置精度為:平面3cm、高程5cm。

                          3.1.4 RTK測量結果與一級導線比較

                          將一級導線成果作為真值,RTK成果與其的X、Y、H差值均符合偶然誤差的特性,****差值為dx=-4.1cm,dy=-4.7cm,dH=-12.4cm,由較差∆計算得RTK觀測中誤差為mX=±=±2.05cm,mY=±1.78cm,mXY=±2.71cm,mH=±4.25cm。

                          為了進一步檢驗RTK的精度,同時檢測了32條一級導線邊長,與全站儀觀測邊長比較****較差為2.3cm,平均較差5.6mm(平均邊長314m,相對中誤差1/56000),RTK邊長中誤差±0.98cm。

                          由此可以看出,RTK可以代替地籍控制測量的常規一、二級導線測量及圖根控制測量。

                          3.2 GPS RTK采集界址點實例

                          同一區域,在二級導線以上控制點上,應用GPS RTK技術對一些對能接收衛星信號的界址點進行了檢測(流動站距基準站****距離2.59Km,,**近距離210m,平均距離1.54km)。全區共檢測界址點28點,與用全站儀極坐標法觀測的坐標值相比較,其X、Y、H差值也符合偶然誤差的特性,****差值為dx=-5.0cm,dy=4.2cm,dH=-8.8cm,由較差計算得RTK觀測中誤差為mX=±2.80cm,mY=±2.14cm,mXY=±3.52cm,mH=±2.95cm。

                          可見,RTK技術采集的界址點精度符合文獻[3]的要求。

                          4、結束語

                          通過實例可以得到以下幾點結論,供應用GPS RTK技術進行地籍控制測量、地籍測量及修改地籍測量規范時參考。

                          (1)GPS RTK技術因****率、靈活、誤差不積累、厘米級的高精度越來越受到測繪人員的青睞。RTK高程精度低于平面精度,而地籍測量對高程的精度要求較低。因此,RTK技術應用來進行地籍一、二級控制和界址點測量是目前較為理想的方法,在勘測定界中優勢尤為突出。也就是說,RTK測量方法可以替代常規的一二級導線測量及圖根控制、界址點測量。

                          (2)與靜態、快速靜態GPS測量相比較,RTK無足夠的幾何檢核條件,筆者認為不宜用來作首級控制。在使用RTK布設加密控制點時要加強檢核,若代替一、二級點時可以采取在不同的基準站上分別獨立施測或設立雙基站的方式施測,取中數使用,這樣不但避免了粗差,而且使點位精度得到提高。

                          (3)RTK定位的數據處理主要是基準站和流動站間的單基線處理,而基準站和流動站的觀測數據質量及無線電信號的傳播質量對定位精度的影響極大。因此,把基準站設立在要進行RTK測量區域的較高點上,提高基準站和流動站天線的架設高度。

                          (4)RTK測點必須在求取WGS-84坐標到地方坐標系轉換參數的高級控制點的范圍內,同時盡量均勻分布,****、****點也盡可能選點。


                          (5)根據(1)式計算的距離是在無任何遮擋物的空曠地帶的理論值,實際上要根據實地情況來確定。根據該式計算的距離范圍只能保證厘米級精度,要滿足文獻[3]的規定精度,對于一、二級控制點及界址點一般流動站距基準站的距離不要超過8公里,在(1)式計算的范圍可以進行地籍細部點測量。

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