宋煥勝

（河北省地質(zhì)測(cè)繪院，河北廊坊065000）

1 引言

多年來，GPS實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，尤其在RTK技術(shù)出現(xiàn)后，為傳統(tǒng)復(fù)雜的測(cè)量工作提供了一個(gè)全新的方向。RTK具有精度高、效率高且可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)工作的優(yōu)勢(shì)，因此，在測(cè)量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，例如，現(xiàn)階段開展的農(nóng)村地籍調(diào)查工作便以此作為主要技術(shù)方法。農(nóng)村地籍調(diào)查測(cè)繪要求采用1∶500比例尺，根據(jù)精度要求，測(cè)量區(qū)域的投影長(zhǎng)度變形值必須符合城市測(cè)量規(guī)范相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為此，需要構(gòu)建針對(duì)測(cè)量區(qū)實(shí)際情況的獨(dú)立坐標(biāo)系，而這一點(diǎn)也是下文對(duì)GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行探究的主要方向。

2 GPS-RTK測(cè)量技術(shù)簡(jiǎn)述

2.1 GPS-RTK技術(shù)

GPS可以界定為一種定位技術(shù)，同時(shí)也可以理解為是應(yīng)用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)持續(xù)、全方位測(cè)量的定位設(shè)備，結(jié)合GPS提供的坐標(biāo)或坐標(biāo)演變量精度方式，可細(xì)化為毫米級(jí)、厘米級(jí)、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)后處理RTK等多種測(cè)量方式[1]。其中，RTK技術(shù)需要應(yīng)用更為高速、更小體積的計(jì)算機(jī)，將其置入GPS接收機(jī)中，在外部作業(yè)過程中可以隨時(shí)提供厘米級(jí)的定位。RTK技術(shù)是測(cè)量技術(shù)的一個(gè)全新突破，其構(gòu)成部分包括基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、流動(dòng)站接收機(jī)。如圖1所示，在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要在基準(zhǔn)站設(shè)置1臺(tái)接收機(jī)作為參考站，將觀測(cè)到的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)發(fā)送到流動(dòng)站，流動(dòng)站接收信息后，結(jié)合相對(duì)定位原理，解算出流動(dòng)站三維坐標(biāo)與精度。

圖1 RTK系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 GPS-RTK測(cè)量原理

RTK是將載波相位測(cè)量作為依據(jù)的動(dòng)態(tài)差分GPS測(cè)量，可動(dòng)態(tài)提供測(cè)量站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的厘米級(jí)精度的三維定位結(jié)果[2]。RTK測(cè)量系統(tǒng)一般由GPS信號(hào)接收、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理3大部分構(gòu)成。RTK測(cè)量結(jié)合GPS相對(duì)定位理論，將接收機(jī)放置到已知點(diǎn)，同時(shí)配置多臺(tái)接收器在待測(cè)點(diǎn)，借助于數(shù)據(jù)鏈將觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)與測(cè)站坐標(biāo)信息同步發(fā)送到移動(dòng)站，移動(dòng)站在接收數(shù)據(jù)后應(yīng)用GPS控制器數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行相關(guān)信息處理，以便提供待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)與高程。

3 實(shí)際案例闡述

3.1 研究方法

本研究中，三參數(shù)模型主要是將GPS測(cè)定的WGS-84坐標(biāo)視為具有系統(tǒng)性誤差的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)值，默認(rèn)應(yīng)用點(diǎn)所處坐標(biāo)系與WGS-84坐標(biāo)系的北方向一致，重點(diǎn)參考X平移、Y平移、Z平移等相關(guān)參數(shù)，忽略X旋轉(zhuǎn)、Y旋轉(zhuǎn)、Z旋轉(zhuǎn)、尺度比參數(shù)可能帶來的影響[3]。三參數(shù)經(jīng)過對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行校正，可以獲取WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)值與實(shí)際使用坐標(biāo)值的三維差值，以此控制系統(tǒng)誤差。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)與本研究項(xiàng)目地區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換屬于2種橢球之間的轉(zhuǎn)換，可理解為橢球參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，針對(duì)這種轉(zhuǎn)換類型，不存在通用參數(shù)，為保證轉(zhuǎn)換結(jié)果的嚴(yán)密性和精度，需要結(jié)合實(shí)際情況選擇差異化參數(shù)。七參數(shù)轉(zhuǎn)換為不嚴(yán)密轉(zhuǎn)換關(guān)系，考慮轉(zhuǎn)換前后2個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)間橢球參數(shù)與投影方式存在的差異性，針對(duì)這種轉(zhuǎn)換類型，一般選用相對(duì)嚴(yán)密的布爾莎模型。

3.2 研究案例

在本研究中，以A農(nóng)村地籍調(diào)查項(xiàng)目為案例，探究應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行農(nóng)村地籍測(cè)繪的過程中，其測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成果的精度是否符合作業(yè)需求。A項(xiàng)目約處于東經(jīng)116.5°，北緯39.3°，項(xiàng)目區(qū)范圍中分布有3個(gè)控制點(diǎn)。結(jié)合項(xiàng)目區(qū)范圍中的控制點(diǎn)，應(yīng)用全站儀依據(jù)四等水準(zhǔn)測(cè)量要求布設(shè)多個(gè)控制點(diǎn)，各控制點(diǎn)之間維持通視狀態(tài)，且全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)作為真值。針對(duì)已知控制點(diǎn)，進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，采集各控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)數(shù)據(jù)，應(yīng)用三參數(shù)與七參數(shù)的布爾莎模型，分別核算轉(zhuǎn)換參數(shù)。同時(shí)，應(yīng)用可靠的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，參考所求的轉(zhuǎn)換參數(shù)，對(duì)項(xiàng)目中控制網(wǎng)點(diǎn)分別做三參數(shù)與七參數(shù)空間直角坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，收集各控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，與真值進(jìn)行精度分析[4]。經(jīng)驗(yàn)證，轉(zhuǎn)換后坐標(biāo)精度符合要求，轉(zhuǎn)換參數(shù)有效可靠。

4 GPS-RTK在農(nóng)村地籍調(diào)查測(cè)繪中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度研究

為明確GPS-RTK數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的精度，利用轉(zhuǎn)換參數(shù)使用RTK直接進(jìn)行重新觀測(cè)，對(duì)GPS-RTK測(cè)量成果與真值進(jìn)行各項(xiàng)誤差統(tǒng)計(jì)，對(duì)比結(jié)果如表1所示，采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換與采用三參數(shù)轉(zhuǎn)換相比，精度大約可以提高1倍，并且可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)越多，轉(zhuǎn)換精度越高。農(nóng)村地籍調(diào)查測(cè)量比例為1∶500，誤差要求±5cm，七參數(shù)轉(zhuǎn)換可以符合農(nóng)村地籍測(cè)量精度需求。

表1 GPS-RTK測(cè)量成果觀測(cè)中誤差cm

5 結(jié)論

本研究利用三參數(shù)與七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型，使用GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行了A農(nóng)村地籍測(cè)量項(xiàng)目坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的相關(guān)分析，總結(jié)而言，應(yīng)用七參數(shù)模型獲取的數(shù)據(jù)精度更高，即相關(guān)數(shù)據(jù)解算期間，轉(zhuǎn)換參數(shù)越多，轉(zhuǎn)換精度越高，精度大約可以提高1倍。調(diào)查結(jié)果顯示，三參數(shù)模型誤差超出標(biāo)準(zhǔn)，七參數(shù)模型符合農(nóng)村地籍調(diào)查中測(cè)繪需求，但相比之下，三參數(shù)需要的已知點(diǎn)較少，精度與成本較低，而七參數(shù)精度高、所需已知點(diǎn)較多。