張潛 楊大愛(新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局703隊 伊寧 835000伊犁正信測繪工程咨詢有限公司 伊寧 835000)
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淺談GPS及RTK測量技術(shù)在控制測量中的應用
張潛①楊大愛②
(①新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局703隊伊寧 835000②伊犁正信測繪工程咨詢有限公司伊寧 835000)
摘要本文對GPS及RTK測量技術(shù)在控制測量過程中如何選點、布網(wǎng)、精度控制、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)平差等進行介紹、分析。
關(guān)鍵詞選點布網(wǎng)精度控制數(shù)據(jù)處理網(wǎng)平差
隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的飛速發(fā)展,新的儀器設備日新月異,如光電測距儀、電子經(jīng)緯儀、速測全站儀、GPS及RTK定位系統(tǒng)等不斷涌現(xiàn),從而進一步改變了傳統(tǒng)的測量方法和手段,測量精度和效益都得到了很大程度的提高。全球定位系統(tǒng)(GPS及RTK)是伴隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅猛發(fā)展而建立起來的新一代精密衛(wèi)星導航和定位系統(tǒng),它不僅具有全球性、全天候、連續(xù)三維導航和定位能力,而且還具有良好的抗干擾性。下面就對GPS及RTK測量技術(shù)在物探控制測量過程中的應用加以介紹,有待同行共同探討與研究。
目前,GPS及RTK精密定位技術(shù)已經(jīng)廣泛地應用于經(jīng)濟建設和科學技術(shù)的許多領(lǐng)域,尤其是在控制測量方面,GPS及RTK靜態(tài)測量技術(shù)有了很大的改進和改善,克服了傳統(tǒng)測量的許多缺點,顯露出了很多優(yōu)點,受到大家的廣泛青睞。GPS及RTK在布設控制網(wǎng)方面較之常規(guī)方法具有以下特點:
(1)測量精度高
GPS及RTK觀測的精度要明顯高于一般的常規(guī)測量手段,GPS及RTK基線向量的相對精度一般在10-5~10-9之間,這是普通測量方法很難達到的。
(2)選點靈活、不需要造標、費用低
GPS及RTK測量不要求測站間互相通視,不需要建造覘標,作業(yè)成本低,大大降低了布網(wǎng)費用。
(3)全天候作業(yè)
在任何時間、任何氣候條件下,均可以進行GPS 及RTK觀測,大大方便了測量作業(yè),有利于按時、高效地完成控制網(wǎng)的布設。
(4)觀測時間短
采用GPS及RTK布設一般等級的控制網(wǎng)時,在每個測站上的觀測時間一般在1~2 h,采用快速靜態(tài)定位方法,觀測時間更短。
(5)觀測、處理自動化
采用GPS及RTK布設控制網(wǎng),觀測和數(shù)據(jù)處理過程均是高度自動化的。
在石油物探測量中,由于工區(qū)范圍比較小,控制點需要少,一般都采用這種方法進行控制網(wǎng)布設。
根據(jù)我國1992年所頒布的全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范,GPS及RTK基線向量網(wǎng)被分成了A、B、C、D、E五個級別。對于不同級別的GPS及RTK網(wǎng),精度要求不同。A級網(wǎng)一般為區(qū)域或國家框架網(wǎng)、區(qū)域動力學網(wǎng);B級網(wǎng)為國家大地控制網(wǎng)或地方框架網(wǎng);C級網(wǎng)為地方控制網(wǎng)和工程控制網(wǎng);D級網(wǎng)為工程控制網(wǎng);E級網(wǎng)為測圖網(wǎng)。GPS及RTK網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有以下幾種:
2.1跟蹤站式
布網(wǎng)形式:若干臺接收機長期固定安放在測站上,進行常年、不間斷的觀測,即一年365 d,一天24 h進行觀測,很像跟蹤站。
特點:由于接收機在各個站點上進行了不間斷的連續(xù)觀測,觀測時間長、數(shù)據(jù)量大,而且在處理采用這種方式所采集的數(shù)據(jù)時,一般采用精密星歷,因此,采用這種形式布設的GPS及RTK網(wǎng)具有很高的精度和框架基準特性。由于連續(xù)觀測,一般需要建立專門的永久性建筑,觀測成本很高。(一般用于AA級網(wǎng)的建立)。
2.2會戰(zhàn)式
布網(wǎng)形式:在布設GPS及RTK網(wǎng)時,一次組織多臺GPS及RTK接收機,集中在一段不太長的時間內(nèi),共同作業(yè)。在作業(yè)時,所有接收機在若干天的時間里分別在同一批點上進行多天、長時段的同步觀測,在完成一批點的測量后,所有的接收機又遷移到另外一批點上進行相同方式的觀測,直到所有的點觀測完畢。
特點:采用這種方式布設的GPS及RTK網(wǎng),由于各基線均進行了較長時間、多時段的同步觀測,可以較好地消除SA等因素的影響,因而具有極高的尺度精度(一般用于布設A、B級網(wǎng))。
2.3多基準站式
布網(wǎng)形式:若干臺接收機在一段時間里長期固定在某幾個點上進行長時間的觀測,這些測站稱為基準站,在基準站觀測的同時,另外一些接收機則在這些基準站周圍相互之間進行同步觀測。
特點:采用這種方式布設的GPS及RTK網(wǎng),由于各基準站間進行了較長時間的觀測,因此,可以獲得較高精度的定位結(jié)果,這些高精度的基線向量可以作為整個GPS及RTK網(wǎng)的骨架。另外,其余的進行了同步觀測的接收機間除了自身間有基線向量相連外,它們與各基準站之間也存在有同步觀測,因此,也有同步觀測基線相連,這樣可以獲得更強的圖形結(jié)構(gòu)。
2.4同步圖形擴展式
布網(wǎng)形式:多臺接收機在不同測站上進行同步觀測,在完成一個時段的同步觀測后,又遷移到其他的測站上進行同步觀測,每次同步觀測都可以形成一個同步圖形,在測量過程中,不同的同步圖形間一般有若干個公共點相連,整個GPS及RTK網(wǎng)由這些同步圖形構(gòu)成。
特點:采用這種方式布設GPS及RTK網(wǎng),具有擴展速度快、圖形強度高,且作業(yè)方法簡單的優(yōu)點。是目前在GPS及RTK測量中普遍采用的一種布網(wǎng)形式,其觀測作業(yè)方式主要有:點連式、邊連式、網(wǎng)連式、混連式。
2.5單基準站式
布網(wǎng)形式:單基準站式又稱星形網(wǎng)方式,它以一臺接收機作為基準,在某個測站上連續(xù)開機觀測,其余的接收機在此基準站觀測期間,在其周圍流動,每到一個點就進行觀測,流動的接收機間一般不要求同步,這樣,流動的接收機每觀測一個時段,就與基準站之間測得一條同步觀測基線,所有這樣測得的同步基線就形成了一個以基準站為中心的星形。
特點:這種方式布網(wǎng)效率較高,但由于各流動站一般只與基準站之間有同步觀測基線,故圖形強度較弱,為提高圖形強度,一般需要每個測站上至少觀測兩次。
(1)結(jié)果分析(網(wǎng)平差處理和質(zhì)量評估)
對外業(yè)觀測所得到的基線向量進行質(zhì)量檢驗,并對由合格的基線向量所構(gòu)建的GPS及RTK基線向量網(wǎng)進行平差解算,得出網(wǎng)中各點的坐標成果。如果需要利用GPS及RTK測定網(wǎng)中各點的正高或正常高,還需要進行高程擬合。
(2)技術(shù)總結(jié)
根據(jù)整個GPS及RTK網(wǎng)的布設及數(shù)據(jù)處理情況,進行全面的技術(shù)總結(jié)。
通過對GPS及RTK靜態(tài)測量的討論,我們認識到在布設GPS及RTK網(wǎng)時除了遵循一定的設計原則外,在測量過程中采用效率指標、可靠性指標和精度指標這些定量的指標來指導工作。在測量過程中,總結(jié)出如下提高GPS及RTK網(wǎng)精度的方法:為了保證GPS及RTK網(wǎng)中各相鄰點具有較高的相對精度,對網(wǎng)中距離較近的點一定要進行同步觀測,以獲得它們間的直接觀測基線;為提高整個GPS及RTK網(wǎng)的精度,可以在全面網(wǎng)之上布設框架網(wǎng),以框架網(wǎng)作為整個GPS及RTK網(wǎng)的骨架;在布網(wǎng)時,要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不大于6條;在布設GPS及RTK網(wǎng)時,引入高精度激光測距邊,作為觀測值與GPS及RTK觀測值一同進行聯(lián)合平差,或?qū)⑺鼈冏鳛槠鹚氵呴L;若要采用高程擬合的方法,測定網(wǎng)中各點的正高,則需在布網(wǎng)時,選定一定數(shù)量的水準點,水準點的數(shù)量盡可能多,且應在網(wǎng)中均勻分布,還要保證有部分點分布在網(wǎng)中的四周,將整個網(wǎng)包含在其中;為了提高GPS及RTK網(wǎng)的尺度精度,可增設長時間、多時段的基線向量。通過對GPS及RTK靜態(tài)測量在控制測量中應用的討論,更加深了我們對GPS及RTK靜態(tài)測量的了解,在今后的物探測量工作中,發(fā)揮巨大的作用。
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收稿:2016-03-24
DOI:10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.03.016