張會玲

1 GPS-RTK的工作原理

1.1 GPS的基本定位原理

GPS的基本定位原理是:衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動速度和時(shí)間信息，見圖1。

由于衛(wèi)星星歷參數(shù)和時(shí)間信息等存在的誤差及電離層干擾等影響，使GPS單機(jī)時(shí)實(shí)定位精度存在一定的限度，一般有幾米的誤差。顯然不能滿足我們常規(guī)大比例尺地形圖的測量工作要求。為了提高精度，人們采用了RTK技術(shù)。

1.2 GPS-RTK 原理

GPS-RTK作業(yè)系統(tǒng)由一套基準(zhǔn)站和若干流動站組成，基準(zhǔn)站設(shè)置時(shí)對架站點(diǎn)設(shè)置一個(gè)三維坐標(biāo)，在作業(yè)過程中，基準(zhǔn)站所采集的數(shù)據(jù)都與基準(zhǔn)站設(shè)置數(shù)據(jù)比較，求出差值，發(fā)送到流動站，流動站用同一時(shí)間采集的數(shù)據(jù)減去這一差值，就獲得了相對基準(zhǔn)站較高的相對精度。我們還可以這樣理解，基準(zhǔn)站和流動站在同一時(shí)間獲得的三維坐標(biāo)所含的誤差是一樣的，流動站和基準(zhǔn)站各自的絕對坐標(biāo)是不準(zhǔn)的，但它們之間的相對關(guān)系是精確的。

2 坐標(biāo)系換算問題

GPS采用的是WGS84坐標(biāo)系，而測繪實(shí)踐中采用的是地方坐標(biāo)系，例如1954年北京坐標(biāo)系，1980年西安坐標(biāo)系及任意假設(shè)的地方坐標(biāo)系等。按照常規(guī)，平面連測要兩個(gè)以上控制點(diǎn)，高程需要三個(gè)以上控制點(diǎn)。但本著對GPS-RTK工作原理的理解并經(jīng)過實(shí)踐，我們對常規(guī)做法提出質(zhì)疑。

2.1 高程連測問題

地形圖測繪碎部點(diǎn)采用RTK方法時(shí)，參與控制點(diǎn)連測的高程點(diǎn)采用一個(gè)即可，其他控制點(diǎn)只是進(jìn)行檢核，而不參與平差計(jì)算。這是因?yàn)闄E球面與水準(zhǔn)面的差異在小范圍內(nèi)的影響可以忽略。我們經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，10 km范圍內(nèi)不超過5 cm。但當(dāng)采用兩個(gè)以上控制點(diǎn)時(shí)，由于控制點(diǎn)之間存在的誤差而造成的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該值。尤其當(dāng)控制點(diǎn)間距離較小時(shí)影響更大，甚至造成錯(cuò)誤。這在連云港輸鹵管線帶狀地形圖測繪中得到證明。表1為我們在淮連輸鹵測量過程中收集的數(shù)據(jù)。

表1 采用單點(diǎn)平差由橢球面和水準(zhǔn)面偏移造成誤差表

由表1我們可以看出，如果采用高程單點(diǎn)平差，在RTK作業(yè)范圍內(nèi)(＜8 km)，完全滿足地形圖測繪要求。

當(dāng)采用三點(diǎn)高程平差時(shí)，如圖2所示，由于三點(diǎn)可以確定一個(gè)橢球面，因此當(dāng)高程點(diǎn)位置超出三角形范圍時(shí)，其誤差會隨著距離增大而增加，我們假設(shè)只有C點(diǎn)存在誤差Ch，C點(diǎn)到AB的垂直距離為h，一高程點(diǎn)到AB的垂直距離為S，則誤差計(jì)算公式為Dh=S×Ch/L。

例如當(dāng)S=3 000 m，而h=200 m，Ch=5 cm時(shí)，M點(diǎn)誤差可達(dá)75 cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我們大比例尺地形圖測繪。在一次長距離線路地形圖測繪中，開始由于我們采用了三點(diǎn)高程平差，結(jié)果導(dǎo)致嚴(yán)重的錯(cuò)誤，最大高程誤差達(dá)到2 m，好在發(fā)現(xiàn)及時(shí)，沒有造成惡劣后果。實(shí)踐證明，連測三個(gè)以上的控制點(diǎn)進(jìn)行高程測量，必須保證待測點(diǎn)位于控制點(diǎn)的控制范圍內(nèi)，例如圖2中A，B，C三個(gè)控制點(diǎn)，最好保證待測點(diǎn)位于三角形內(nèi)部，顯然這樣苛刻的條件有時(shí)會增加工作量。

2.2 平面控制點(diǎn)連測問題

當(dāng)采用國家坐標(biāo)系時(shí)，平面控制點(diǎn)連測，當(dāng)測量范圍較小時(shí)也可采用一個(gè)點(diǎn)，并且采用一個(gè)點(diǎn)時(shí)有時(shí)比采用兩個(gè)點(diǎn)還準(zhǔn)確。尤其是當(dāng)控制點(diǎn)間距較小時(shí)，采用一個(gè)點(diǎn)可以避免方向誤差。因?yàn)閲易鴺?biāo)系的經(jīng)緯度與WGS84的經(jīng)緯度角度誤差很小，對我們小面積測圖的影響可以忽略。

3 野外碎部點(diǎn)采集問題

3.1 解決衛(wèi)星信號受遮擋問題

由于GPS采用衛(wèi)星信號定位，而房角下面衛(wèi)星信號因受到遮擋而造成不容易得到固定解。我們可以采用偏移的方法解決。操作人員可以配備一根2 m～3 m的量距工具，可以測量出與房屋墻線間距固定且平行的線段，不但精度不受影響，作業(yè)效率也會大大提高。對于個(gè)別受遮擋無法得到固定解的點(diǎn)還可以采用測繪一條與該點(diǎn)在一條直線上的線段的方式。

3.2 GPS-RTK和全站儀配合作業(yè)

常規(guī)作業(yè)方法，必須遵循先控制，后碎部測量的方法進(jìn)行，儀器必須安置在已知控制點(diǎn)上，并且要保證必須最少可以和一個(gè)控制點(diǎn)通視。這是由原來測繪條件決定的，因?yàn)樵瓉矶际窃趫D板上繪圖?，F(xiàn)在地形圖繪圖基本都由計(jì)算機(jī)完成，RTK配合全站儀進(jìn)行地形圖測繪時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)場情況，在視角最好的地方假設(shè)全站儀，而不必考慮控制點(diǎn)的位置，在測繪過程中測繪兩個(gè)可以進(jìn)行RTK作業(yè)的固定點(diǎn)即可。

4 結(jié)語

測繪新技術(shù)新設(shè)備的推廣應(yīng)用，導(dǎo)致測繪作業(yè)流程和作業(yè)手法的變革，GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用于地形圖測繪，使作業(yè)效率大大提高。

［1］袁新強(qiáng).淺談差分GPS(DGPS)技術(shù)的廣泛應(yīng)用［J］.山西建筑，2009，35(14):359-360.