林東 程曉陽

摘要：本文根據(jù)南方RTK在某測區(qū)圖根控制測量中的應(yīng)用實踐，提出RTK圖根測量的方法和體會，分析了影響RTK圖根測量精度——特別是高程精度的各種因素，重點對測量中“飛點”的成因及控制方法作了介紹。最后提出兩個問題，并通過測量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：RTK圖根測量校正點“飛點”

Abstract: in this paper, according to the area in a southern RTK figure root control to the measurement of the application practice, it puts forward the method to measure the root RTK diagram and the experience, analyzes the impact of RTK figure root measurement accuracy-especially the accuracy of the elevation of various factors, focusing on "fly point" in the measurement of the causes of formation and control methods are introduced. Finally put forward two problems, and through the measurement data was analyzed.

Keywords: RTK figure root measure calibration point "fly point"

中圖分類號：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 一. 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，測繪方法的改進(jìn)，RTK測量技術(shù)以其快捷、精準(zhǔn)的特點廣泛地被測量人員所采用，但是在測量中仍存在一些問題值得我們探討。RTK（Real-Time Kinematic）運用的是載波相位動態(tài)實時差分的方法。它的出現(xiàn)完全改變了傳統(tǒng)控制測量野外作業(yè)強度大、速度慢、作用距離短、點位必須通視等限制。然而RTK的測量技術(shù)還存在一定的局限性，比如遮擋、強磁場干擾、太陽黑子及超遠(yuǎn)距離等因素都對測量質(zhì)量有一定的影響，甚至無法測量。筆者近期使用南方RTK對某測區(qū)圖根控制進(jìn)行了測量，測量中遇到很多實際問題，通過這次圖根控制測量的生產(chǎn)實踐，提出RTK技術(shù)在應(yīng)用中遇到的問題及解決建議，供同行探討。

二. RTK圖根測量

1、初識南方RTK靈銳S82

南方靈銳S82主要包括基站、移動站和發(fā)射電臺三部分。RTK工作條件是要有兩部分工作信號：一是衛(wèi)星信號，二是差分信號（通過無線電臺進(jìn)行發(fā)送和接收）。在這兩個信號同時具備的條件下才能解算出測量點的坐標(biāo)，才能進(jìn)行測量。根據(jù)這兩部分信號南方靈銳S82儀器設(shè)置了單點解、差分解、浮點解、固定解四種解算結(jié)果。單點解就是有衛(wèi)星信號，但是沒有差分信號的解算結(jié)果。差分解就是移動站接收到了基準(zhǔn)站的差分信號但是沒有解算出一個具體參數(shù)情況下的解算結(jié)果（或者是衛(wèi)星條件沒有達(dá)到五顆的情況下所產(chǎn)生的計算結(jié)果）。浮點解就是移動站接收到了基準(zhǔn)站的差分信號，并且有了衛(wèi)星信號條件在滿足5顆以上的浮動解，達(dá)到這個狀態(tài)就是其整周模糊度沒有計算準(zhǔn)確的解算結(jié)果。固定解是測量點的正確解算結(jié)果，此情況下可以進(jìn)行測量采集，除多路徑效應(yīng)嚴(yán)重時外基本能達(dá)到儀器的標(biāo)稱精度要求。

2、求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)（多點校正）

測量前先對測區(qū)進(jìn)行點校正(WGS84地心坐標(biāo)與地方坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換)，就是利用控制點的地方坐標(biāo)和WGS84坐標(biāo)求取測區(qū)“區(qū)域性”的轉(zhuǎn)換參數(shù)。參數(shù)獲取有兩種方式：一是使用已有的靜態(tài)GPS測量數(shù)據(jù)，將控制點的ＷＧＳ84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)輸入手簿直接求取轉(zhuǎn)換參數(shù)；二是在無WGS84坐標(biāo)成果的情況下，通過移動站點上采集基準(zhǔn)站、校正點的ＷＧＳ84坐標(biāo)，再手工輸入其地方坐標(biāo)，以求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3、點位坐標(biāo)測量

轉(zhuǎn)換參數(shù)獲取之后，就可以進(jìn)行圖根點位坐標(biāo)測量。測量時應(yīng)經(jīng)常以其它已知控制點作為檢核，當(dāng)檢核精度滿足圖根控制測量精度要求（<5cm）時，方可開始正常作業(yè)。

點位測量時如何判斷觀測質(zhì)量是保證測量成果優(yōu)劣的關(guān)鍵所在?？梢灾苯硬榭从^測手簿上鎖定衛(wèi)星數(shù)量n、衛(wèi)星精度因子PDOP、水平精度因子HRMS、高程精度因子VRMS等參數(shù)，一般在無干擾的地方n≥5、PDOP≤3、HRMS≤0.015、VRMS≤0.020。有些地方存在一些干擾源，造成RTK測量質(zhì)量不正常，導(dǎo)致觀測成果出現(xiàn)較大誤差甚至有偽值現(xiàn)象。這種情況觀測時不易發(fā)現(xiàn)，可從手簿上反映出收斂很慢，求得固定解一般需要幾十秒甚至幾十分鐘才能完成。這時手簿上顯示的收斂值可能不完全真實，有時測量誤差可能達(dá)到幾十厘米甚至幾米，就產(chǎn)生我們常說的“飛點”。當(dāng)出現(xiàn)此種情況時，要慎重對待采集的數(shù)據(jù)，最好重置整周模糊度重復(fù)采集數(shù)據(jù)以檢核觀測質(zhì)量，一般采取關(guān)機(jī)重開機(jī)或倒轉(zhuǎn)移動站主機(jī)使大部分衛(wèi)星失鎖后重測，也可以在下次重設(shè)基站后重復(fù)采集數(shù)據(jù)來判定觀測質(zhì)量。

4、觀測成果整理

每次觀測完成后要及時下載觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，并比較重復(fù)觀測的兩組數(shù)據(jù)，剔除存在明顯粗差的點，以待后續(xù)返工重測。

三、RTK測量中“飛點”產(chǎn)生原因及對策

1、“飛點”產(chǎn)生原因

測量中發(fā)現(xiàn)有時很難求得固定解，有時求得了固定解但測量誤差很大，特別是高程表現(xiàn)最為突出，有時重復(fù)測量高程相差幾米，這就是典型的“飛點”。筆者通過本次測量發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生“飛點”主要有以下原因：①、測點離周圍遮蔽物太近，遮蔽角太大，導(dǎo)致鎖定衛(wèi)星數(shù)量少，衛(wèi)星信號差。②、基站架設(shè)位置不理想，導(dǎo)致移動站接收的差分信號弱，只產(chǎn)生單點解。③、基站或測點附近有強磁場干擾，如附近有電信、移動塔架或高壓線等，導(dǎo)致衛(wèi)星信號產(chǎn)生周跳，影響信號質(zhì)量。④、個別測點因高差較大或地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常而導(dǎo)致重力異常，也會出現(xiàn)“飛點”。

2、解決“飛點”的幾點對策

針對RTK測量中產(chǎn)生難以預(yù)見的“飛點”問題，筆者從實踐中總結(jié)出預(yù)防“飛點”產(chǎn)生的幾點對策：

①、圖根點選埋時要注意保持點位周圍視野開闊，遮蔽角盡可能小。

②、基準(zhǔn)站盡可能架高，以提高數(shù)據(jù)鏈的傳輸速度和距離，并避開強磁場的干擾。

③、觀測時嚴(yán)密監(jiān)視手薄上固定解解算的時間、鎖定衛(wèi)星數(shù)量n、衛(wèi)星精度因子PDOP、水平精度因子HRMS和高程精度因子VRMS的數(shù)值。

④、同基站重復(fù)觀測。在基站位置不變的情況下，在同一時間段重置整周模糊度，再采集一次數(shù)據(jù)，或分不同時間段進(jìn)行重復(fù)測量。比較幾組觀測值，互相進(jìn)行校核。

⑤、多基站重復(fù)觀測。分別在不同地點架設(shè)基站，分不同時間段進(jìn)行重復(fù)測量，比較重復(fù)觀測值，剔除明顯存在粗差的觀測值。

⑥、多檢核高等級點，比較平面和高程值。一般要經(jīng)常校對一級點和四等水準(zhǔn)點，通過比較其平面和高程數(shù)值，判斷前測段觀測精度。

⑦、目測高差判斷法。在信號不太理想的地方，注意比較測點與相鄰條件好的已測點的高程值，通過目測點間實地高差判斷觀測高程之差是否合理。有時“飛點”高程會出現(xiàn)幾米的粗差，一般憑地形地貌判斷就能確定高程存在較大殘差，此法對于高程殘差較大的“飛點”點能作出很好的判斷。

四、RTK圖根測量中注意事項

為提高RTK圖根測量的精度，保證RTK測量數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性，筆者個人認(rèn)為作業(yè)中應(yīng)注意以下幾個方面：

1、基準(zhǔn)站和流動站應(yīng)選擇在視野開闊，沒有山體、樓群之類的遮擋，而且衛(wèi)星高度角較大的地方，同時應(yīng)避開強電磁場的干擾。根據(jù)無線電傳播的規(guī)律，基準(zhǔn)站和流動站離地面還要有一定的高差。

2、工程作業(yè)前最好將儀器進(jìn)行一次總初始化，以確保儀器恢復(fù)出廠時的最佳工作狀態(tài)。并檢查天線類型、天線高等參數(shù)設(shè)置的正確性。

3、測量前注意檢查移動站對中桿傾斜誤差，通過比較兩垂直方向的觀測值即可，傾斜誤差較大時必須對氣泡進(jìn)行校正。

4、測區(qū)第一次設(shè)置基準(zhǔn)站或每次重新設(shè)置基準(zhǔn)站后，為了檢驗當(dāng)前站RTK作業(yè)的正確性，必須檢查一點以上的已知控制點，或已知任意地物點、地形點，當(dāng)檢核在設(shè)計限差要求范圍內(nèi)時，方可開始RTK測量。

5、測量時置信程度必須設(shè)置在99.9%，在固定解狀態(tài)且HRMS≤0.015、VRMS≤0.020時方可數(shù)據(jù)采集，并在同一時間段重置整周模糊度（最好使衛(wèi)星失鎖后重新鎖定），再采集一次數(shù)據(jù)以供檢核。對于沒有檢核條件的測量點，應(yīng)分不同時間段進(jìn)行重復(fù)測量，以避免測錯。

6、首次進(jìn)行參數(shù)校正時，參與校正的點應(yīng)均勻分布在測區(qū)內(nèi)，覆蓋范圍盡可能大于測圖范圍，類似于我們常說的“長邊測短邊”。參與高程擬合的已知點不少于6個，平面校正不少于3個。校正后注意觀測手薄中校正點平面和高程精度，滿足要求方可確認(rèn)使用。

7、為使校正參數(shù)的統(tǒng)一，保證整個測區(qū)圖根控制精度一致，建議進(jìn)行全測區(qū)整體校正，解算整個測區(qū)唯一的校正參數(shù)，后續(xù)各次測量均套用此校正參數(shù)。

8、保證點位獨立重復(fù)測量的頻率，以獲取較多的檢核條件，確保測量值的可靠性。

9、成片密集的居民區(qū)不宜采用RTK做圖根，建議仍采用傳統(tǒng)的全站儀圖根導(dǎo)線方法測取。

五、有待探討的問題

1、整體校正和分區(qū)校正

本測區(qū)圖根測量中對校正參數(shù)的解算我們先后采用了分區(qū)校正和整體校正的方法。分區(qū)校正就是分別選取測區(qū)中某一個區(qū)域，按前述要求取其區(qū)域內(nèi)一定數(shù)量的已知點進(jìn)行校正參數(shù)的解算，各分區(qū)求得其對應(yīng)的校正參數(shù)，在同一精度的一級靜態(tài)GPS控制下，理論上各分區(qū)校正參數(shù)除平移參數(shù)△X、△Y不同外，其他旋轉(zhuǎn)、縮放等參數(shù)應(yīng)該一致。整體校正就是整個測區(qū)按前述要求選取一定數(shù)量的已知點進(jìn)行校正參數(shù)的解算。對兩種方法測得的重合點進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)分區(qū)校正法測得的各分區(qū)接邊重合測點點位和高程有時出現(xiàn)超過5cm的較差，特別是高程超限的點比例較多。整體校正法測得的相同重合點與分區(qū)校正法測得的幾組點中某一組比較接近，在限差內(nèi)，說明分區(qū)校正時有些分區(qū)方法造成這些點測量精度較差。造成此種現(xiàn)象原因是多方面的，有可能是各分區(qū)基站位置不理想或分區(qū)校正參數(shù)有誤，其中高程影響較大可能是各分區(qū)高程擬合參數(shù)相差較大的緣故。筆者通過比較多組觀測值認(rèn)為，采用整體校正法能求得測區(qū)一致的校正參數(shù)（包括高程擬合參數(shù)），相對分區(qū)校正帶來的諸多不確定性影響因素要好，建議采用整體校正求取校正參數(shù)。

2、RTK圖根測量精度

在測區(qū)共選取了35個具有四等水準(zhǔn)的一級靜態(tài)GPS點進(jìn)行RTK測量，結(jié)果顯示：平面精度最大點位誤差為4.5cm，最小為0.1cm，能滿足圖根測量的精度要求；高程殘差最大為8.9cm，最小為0.1cm，平均為1.25cm，其中有4個點高程較差超限（>5cm），占11.4％。若以四等水準(zhǔn)為真值，其高程中誤差M＝±2.34cm。平面、高程精度統(tǒng)計如下圖：

從上述兩個問題的綜合分析可見，RTK圖根測量平面精度大都能滿足圖根測量的要求，但是其擬合高程精度往往不是太理想。由于GPS -TRK測得的是大地高Hkg，幾何水準(zhǔn)測得是正常高Hr，大地高與正常高間存在高程異常ξ（Hr＝Hkg-ξ）。GPS -RTK大地高到正常高的轉(zhuǎn)換就是要求得各點高程異常ξ的精確數(shù)值，也就是求解高程擬合參數(shù)，一般是采用多項式曲面擬合的方法求取ξ。而RTK校正點的選擇，包括校正點的精度、均勻分布程度及密度對整個測區(qū)擬合曲面精度影響很大，公共點數(shù)量足夠多，分布越均勻，則擬合曲面與似大地水準(zhǔn)面平行重合度就越高，高程擬合精度就越高，擬合高程就越接近正常高。由此可以看出，整體校正和分區(qū)校正對RTK圖根高程精度的影響與其校正點的選擇有很大關(guān)系，整體校正具有校正點分布廣、擬合曲面范圍大等優(yōu)勢，此時擬合曲面更接近似大地水準(zhǔn)面，所以高程擬合精度相對要高。對于RTK圖根測量高程精度整體不太理想，筆者認(rèn)為除了校正方法、校正點的選擇外，還與GPS信號的自身誤差，包括軌道誤差(星歷誤差)；GPS信號的傳輸誤差，包括太陽光壓，電離層延遲，對流層延遲，多路徑傳播和由它們影響或其他原因產(chǎn)生的周跳；GPS接收機(jī)的誤差，主要包括鐘誤差，通道間的偏差，鎖相環(huán)延遲，碼跟蹤環(huán)偏差，天線相位中心偏差等測量誤差綜合因素有關(guān)。如何最大限度地減少這些因素的影響，提高RTK高程測量的精度值仍得我們探討。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。