郭 昕 支煥玉 武 娟 梁振興
(1.吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,長春 130026;2.華北地質(zhì)勘查局綜合普查大隊,燕郊 065201;3.北京中色測繪院有限公司,北京 100012.)
在測量工程領(lǐng)域,RTK技術(shù)已廣泛用于工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面,這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時間信息等技術(shù)參數(shù)。 目前RTK設(shè)備已相當(dāng)普及,給廣大用戶在測量工程領(lǐng)域帶來很大便利。但是一些初學(xué)者可能對RTK基站的架設(shè)方法感到迷惑?,F(xiàn)對各種架設(shè)的方法、注意事項、適用范圍、優(yōu)缺點進行分析總結(jié),希望能對此方面有疑問者提供幫助。
選擇一個控制點作為基準(zhǔn)站,安置GPS接收機,連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星;并實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無線電傳送出去。流動站通過無線電接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信息,將載波相位觀測值實時進行差分處理,得到基準(zhǔn)站和流動站坐標(biāo)差△X,△Y,△Z;坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動站每個點WGS84坐標(biāo),通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個點的平面坐標(biāo)x,y和高h(yuǎn)。此過程稱作RTK定位過程。總結(jié)兩步:一是獲得滿足精度要求的WGS84坐標(biāo);二是通過合適的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換獲得最終平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)。此兩點是靈活設(shè)置RTK基站的根本。
根據(jù)基準(zhǔn)站架設(shè)位置及有無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)通常有以下四種基準(zhǔn)站架設(shè)方法:
1.有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點上設(shè)站;
2.無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點上設(shè)站;
3.有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點上設(shè)站;
4.無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點上設(shè)站;
注:有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)指具有WGS84坐標(biāo)和地方網(wǎng)格坐標(biāo)的控制點。
3.2.1 有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點上設(shè)站
這是最基本的基準(zhǔn)站設(shè)置方法,充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料,在室內(nèi)可先建立工程項目同時完成點校正。將多個已知點的地心坐標(biāo)與相應(yīng)的地方網(wǎng)格坐標(biāo)輸入手簿中,解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后在已知控制點上設(shè)置基準(zhǔn)站?;鶞?zhǔn)站和流動站均啟動后可以直接采集數(shù)據(jù)。為避免誤操作,通常要找其它已知點進行數(shù)據(jù)檢核。流程見圖1:
注意事項:務(wù)必使用已知點的原始坐標(biāo)啟動基準(zhǔn)站。
適用范圍:工作區(qū)內(nèi)使用靜態(tài)GPS測量方式先進行首級控制測量,通過整體網(wǎng)的平差得到一套精度較高的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)?;鶞?zhǔn)站位置良好。
優(yōu)點:室內(nèi)完成點校正,提高了外業(yè)工作效率;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)精度高,可提高采集數(shù)據(jù)的精度。
缺點:受已知控制點條件影響大;設(shè)站不靈活。
3.2.2 無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知點上設(shè)站
最常見的基準(zhǔn)站設(shè)置方法,工作區(qū)只有網(wǎng)格坐標(biāo)?;鶞?zhǔn)站設(shè)在已知點上,流動站依次測量各已知點的地心坐標(biāo),將各已知點所對應(yīng)的地方網(wǎng)格坐標(biāo)輸入手簿中進行點校正,淘汰校正殘差比較大的已知點,解算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù),就可以進行數(shù)據(jù)采集了,為避免誤操作,我們通常還是要找另外已知點進行數(shù)據(jù)檢核。
流程見圖2:
注意事項:為了保證精度,現(xiàn)場采集WGS84坐標(biāo)要保證足夠的時間和精度,點位校正后殘差不超限。
適用范圍:工作區(qū)內(nèi)只有地方網(wǎng)格坐標(biāo)。基準(zhǔn)站位置良好。
優(yōu)點:適用性強。
缺點:受已知控制點條件精度影響大;需外業(yè)聯(lián)測多個控制點,增加外業(yè)工作量;設(shè)站不靈活。
3.2.3 有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點上設(shè)站
方便的基準(zhǔn)站設(shè)置方法,充分利用已有的GPS控制網(wǎng)資料,在室內(nèi)先建立工程項目同時完成點校正。將多個已知點的地心坐標(biāo)與相應(yīng)的地方網(wǎng)格坐標(biāo)輸入手簿中,解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。然后在任意位置通過獲得的當(dāng)前地心坐標(biāo)啟動并設(shè)置基準(zhǔn)站。但基準(zhǔn)站和流動站均啟動后采集數(shù)據(jù)不是我們需要的(通常在網(wǎng)格坐標(biāo)x、y上會有幾米到幾十米的差值)。因為到目前為止我們還沒有和已知點在現(xiàn)場建立任何關(guān)系,啟動基準(zhǔn)站時獲得的地心坐標(biāo)和事先進行的點校正地心坐標(biāo)不是同一坐標(biāo)系統(tǒng)。即基準(zhǔn)站的參考坐標(biāo)和點校正地心坐標(biāo)的坐標(biāo)原點位置不同了。也就是說兩個坐標(biāo)系有所平移,如能計算出此平移增量,問題就解決了。好在一些儀器內(nèi)增加了這一坐標(biāo)置換功能(重設(shè)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)),具體作業(yè)時只要測得一個已知控制點的坐標(biāo)并把正確的坐標(biāo)值輸入進行坐標(biāo)置換設(shè)置即可。為了避免誤操作,我們通常還是要找另外已知點進行數(shù)據(jù)檢核。
流程見圖3:
注意事項:務(wù)必進行坐標(biāo)置換設(shè)置。適用范圍:工作區(qū)內(nèi)使用靜態(tài)GPS測量方式先進行首級控制測量,通過整體網(wǎng)的平差可得到一套精度較高的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù),儀器支持坐標(biāo)置換功能。
優(yōu)點:可室內(nèi)完成點校正,大大提高了外業(yè)工作效率;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)精度高,可提高數(shù)據(jù)采集精度?;驹O(shè)置靈活。
缺點:不是所有儀器都支持此功能。
3.2.4 無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的未知點上設(shè)站
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實用的基準(zhǔn)站設(shè)置方法,通常工作區(qū)只有網(wǎng)格坐標(biāo)。此時可先建立工程項目同時輸入已知點的網(wǎng)格坐標(biāo),然后在任意位置通過獲得的當(dāng)前地心坐標(biāo)啟動并設(shè)置基準(zhǔn)站,流動站依次測量各已知點的地心坐標(biāo),將各已知點所對應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的平面坐標(biāo)和高程輸入手簿中進行點校正,淘汰校正殘差比較大的已知點,從而計算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù),接下來就可以進行數(shù)據(jù)采集了。
流程見圖4:
注意事項:為了保證精度,現(xiàn)場采集WGS84坐標(biāo)是要保證足夠的時間和精度,點位校正后要保證殘差不超限。
適用范圍:工作區(qū)內(nèi)只有網(wǎng)格坐標(biāo),需儀器支持未知點設(shè)站。
優(yōu)點:設(shè)站靈活。
缺點:受已知控制點條件精度影響過大;需外業(yè)聯(lián)測多個控制點,增加外業(yè)工作量。
上面分析了GPS-RTK基準(zhǔn)站架設(shè)的四種方法,當(dāng)然在設(shè)置過程中還有一些提高工作效率的技巧,如同時測量已知點未知點后求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、直接輸入七參數(shù)和基站點地心坐標(biāo)進行坐標(biāo)測量等方式。靈活使用以上設(shè)站方式可使我們在工作中達到事半功倍的效果。
[1]劉大杰,施一民等.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理[M].同濟大學(xué)出版社,1996.
[2]徐紹銓,張華海,楊志強.GPS測量原理及應(yīng)用 [M].武漢測繪科技大學(xué)出版社,1997.