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RTK測量中的幾個關(guān)鍵問題
發(fā)布者：沈陽精測鴻圖儀器設(shè)備有限公司發(fā)表時間：2018-07-26
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解
在GPS靜態(tài)測量中，不同坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是在數(shù)據(jù)后處理時進(jìn)行的。而對于RTK測量，要求實(shí)時得出待測點(diǎn)在實(shí)用坐標(biāo)系（1980西安坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系等）中的坐標(biāo)，因此，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題就顯得尤為重要。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法，一般是在RTK作業(yè)前首先在測區(qū)做一定數(shù)量的靜態(tài)GPS控制點(diǎn)，與地方坐標(biāo)系的控制點(diǎn)聯(lián)測，以同時獲取GPS點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)，然后利用后處理軟件或GPS控制器內(nèi)置的實(shí)時處理軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。如果測區(qū)內(nèi)的已知控制點(diǎn)已經(jīng)具有地方坐標(biāo)系坐標(biāo)和WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)，則可直接利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)所使用的已知控制點(diǎn)（通常稱為基準(zhǔn)點(diǎn)）的精度、密度及分布狀況對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解質(zhì)量有著直接影響。因此，所選定的基準(zhǔn)點(diǎn)要求精度要高，并且應(yīng)均勻分布在測區(qū)周圍�；鶞�(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量視測區(qū)的大小一般取3～6點(diǎn)為宜。一般地，在求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時，應(yīng)采取不同基準(zhǔn)點(diǎn)的匹配方案，用不同的計(jì)算方法求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，經(jīng)比較后選擇殘差較小、精度較高的一組參數(shù)使用。
由于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解精度與已知點(diǎn)兩套坐標(biāo)的精度和區(qū)域內(nèi)點(diǎn)位的分布有關(guān)，因此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)是有區(qū)域性的，它僅適用于已知點(diǎn)所圈定的區(qū)域和臨近地區(qū)，其外推精度明顯低于內(nèi)插精度。因此，在一個測區(qū)求解的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)不能直接應(yīng)用到其它測區(qū)。
基準(zhǔn)站的設(shè)置
GPS衛(wèi)星處在兩萬多公里的高空，從衛(wèi)星發(fā)出信號到接收機(jī)接收，中間要經(jīng)過電離層、對流層以及來自多方面的干擾，其信號一般十分微弱，通常只有-50～-180dB。同時，由于RTK數(shù)據(jù)鏈采用超高頻（UHF）電磁波，它的傳輸距離與接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素有關(guān)。因此，要提高GPS信號接收的質(zhì)量，基準(zhǔn)站必須遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源（如微波站、尋呼臺發(fā)射塔、變電站、高壓線、電視臺等）；同時，為了減少多路徑效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)無明顯的大面積的信號反射物（如大面積積水域、大型建筑物等）；另外，要求基準(zhǔn)站電臺天線和移動站天線之間無大的遮擋物（如高層建筑物、高山等），且天線盡量設(shè)置高一些，以提高電臺信號的傳輸距離。
作業(yè)半徑的限制
移動站離開基準(zhǔn)站的最大距離稱作RTK的作業(yè)半徑，它的大小取決于基準(zhǔn)站電臺信號的傳輸距離，且對RTK測量的速度和精度有著直接影響。
目前，常用的單、雙頻RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈電臺多為美國PPC公司的35W（基準(zhǔn)站）和2W（移動站）電臺。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩山頂之間能夠通視時，移動站距基準(zhǔn)站47km時，也可收到差分信號。但是，在城鎮(zhèn)作業(yè)時，如果兩點(diǎn)之間有較高的房屋遮擋，即使相距1km也很難進(jìn)行RTK測量。
近年來，隨著GPS技術(shù)的不斷完善，儀器制造商競相采用先進(jìn)技術(shù)，有效地?cái)U(kuò)大了RTK的作業(yè)范圍。如果在建筑物或樹木比較多的地區(qū)作業(yè)，移動站接收電臺信號會比較弱且容易失鎖，而且高程精度較差。因此，RTK的作業(yè)半徑控制在10km以內(nèi)為宜。當(dāng)信號受影響嚴(yán)重時，還應(yīng)進(jìn)一步縮短作業(yè)半徑，以提高RTK測量的精度和速度。
測量中的一般要求
為了保證RTK測量的精度、速度（初始化時間）和可靠性，除了正確求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、合理設(shè)置基準(zhǔn)站和限制作業(yè)半徑外，在RTK測量中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）觀測衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度要高。在進(jìn)行坐標(biāo)解算時，所采用的衛(wèi)星數(shù)越多，分布越均勻，則PDOP值越大，RTK的精確性和可靠性越高，且初始化的時間也越短。因此，一般情況下，在接收衛(wèi)星數(shù)保持5顆以上，且PDOP<6時，才能進(jìn)行RTK測量。
（2）作業(yè)員的責(zé)任心要強(qiáng)。作業(yè)員的專業(yè)水平、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心對RTK成果的精確性和可靠性有著嚴(yán)重的影響。作業(yè)時，接收機(jī)的對中、整平、天線高的量取及輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)及天線高等數(shù)據(jù)的任何誤差，都將影響RTK測量的全部坐標(biāo)。因此，要求作業(yè)員必須具有強(qiáng)烈的責(zé)任心，認(rèn)真嚴(yán)格地按規(guī)程操作。另外，對儀器基座和測桿上的水準(zhǔn)器等必須定期嚴(yán)格校正，以避免系統(tǒng)誤差的影響。
（3）觀測成果要注意復(fù)核。RTK測量具有顯著的實(shí)時、快捷等優(yōu)點(diǎn)，但其初始化（整周模糊值）的置信度通常為95%～99%，且作業(yè)中缺乏檢核條件，個別點(diǎn)可能會出現(xiàn)粗差。因此，為了保證RTK的實(shí)測精度和可靠性，作業(yè)中必須注重成果的復(fù)核。成果的復(fù)核分為作業(yè)前復(fù)核和作業(yè)中復(fù)核。作業(yè)前復(fù)核是指在RTK作業(yè)前，先在已知點(diǎn)上檢測，新測坐標(biāo)與已知坐標(biāo)較差符合要求后，才能進(jìn)行RTK測量；作業(yè)中復(fù)核一般是指在作業(yè)中采用不同起算點(diǎn)測定部分重合點(diǎn)，或在同一點(diǎn)上采用兩次觀測法（失鎖或關(guān)機(jī)）觀測。
�。�4）用RTK方法進(jìn)行控制測量時，應(yīng)采取一定的措施保證測量精度�，F(xiàn)行測量規(guī)范（如《城市測量范圍》、《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》等）規(guī)定一、二級導(dǎo)線的點(diǎn)位中誤差（相當(dāng)于起算點(diǎn)）不大于±5cm，而常用GPS接收機(jī)RTK測量的標(biāo)準(zhǔn)精度為1cm+1ppm，所以，一、二級導(dǎo)線控制點(diǎn)完全可以采用RTK方法施測。
使用RTK方法測定的坐標(biāo)可以是觀測一個歷元的結(jié)果，也可以是幾個歷元的平均值。對于純動態(tài)定位而言，只能取一個歷元的觀測值；在一般的RTK測量中，通常是取幾個歷元的平均值，以消除偶然噪聲，提高定位精度。當(dāng)用RTK方法進(jìn)行控制測量時，為了保證測量成果的精確、可靠，宜采用多歷元的觀測結(jié)果；同時，觀測時應(yīng)使用三腳架固定移動站的天線，進(jìn)行嚴(yán)格的對中、整平，并遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源和大面積的信號反射物。
隨著RTK技術(shù)的不斷完善，RTK測量的初始化速度、成果精度及可靠性會越來越高。但是由于受衛(wèi)星信號、接收機(jī)狀態(tài)、測站周圍環(huán)境及儀器操作的影響，RTK定位有時會出現(xiàn)失真，其成果不可能百分之百的可靠。因此，在作業(yè)中，我們要根據(jù)RTK技術(shù)的特點(diǎn)及測區(qū)狀況，采取有效措施，嚴(yán)格按操作規(guī)程作業(yè)，并加強(qiáng)成果的復(fù)核，以確保RTK成果的精確性和可靠性。
在GPS靜態(tài)測量中，不同坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是在數(shù)據(jù)后處理時進(jìn)行的。而對于RTK測量，要求實(shí)時得出待測點(diǎn)在實(shí)用坐標(biāo)系（1980西安坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系等）中的坐標(biāo)，因此，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題就顯得尤為重要。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法，一般是在RTK作業(yè)前首先在測區(qū)做一定數(shù)量的靜態(tài)GPS控制點(diǎn)，與地方坐標(biāo)系的控制點(diǎn)聯(lián)測，以同時獲取GPS點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)，然后利用后處理軟件或GPS控制器內(nèi)置的實(shí)時處理軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。如果測區(qū)內(nèi)的已知控制點(diǎn)已經(jīng)具有地方坐標(biāo)系坐標(biāo)和WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)，則可直接利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)所使用的已知控制點(diǎn)（通常稱為基準(zhǔn)點(diǎn)）的精度、密度及分布狀況對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解質(zhì)量有著直接影響。因此，所選定的基準(zhǔn)點(diǎn)要求精度要高，并且應(yīng)均勻分布在測區(qū)周圍�；鶞�(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量視測區(qū)的大小一般取3～6點(diǎn)為宜。一般地，在求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時，應(yīng)采取不同基準(zhǔn)點(diǎn)的匹配方案，用不同的計(jì)算方法求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，經(jīng)比較后選擇殘差較小、精度較高的一組參數(shù)使用。
由于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解精度與已知點(diǎn)兩套坐標(biāo)的精度和區(qū)域內(nèi)點(diǎn)位的分布有關(guān)，因此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)是有區(qū)域性的，它僅適用于已知點(diǎn)所圈定的區(qū)域和臨近地區(qū)，其外推精度明顯低于內(nèi)插精度。因此，在一個測區(qū)求解的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)不能直接應(yīng)用到其它測區(qū)。
基準(zhǔn)站的設(shè)置
GPS衛(wèi)星處在兩萬多公里的高空，從衛(wèi)星發(fā)出信號到接收機(jī)接收，中間要經(jīng)過電離層、對流層以及來自多方面的干擾，其信號一般十分微弱，通常只有-50～-180dB。同時，由于RTK數(shù)據(jù)鏈采用超高頻（UHF）電磁波，它的傳輸距離與接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素有關(guān)。因此，要提高GPS信號接收的質(zhì)量，基準(zhǔn)站必須遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源（如微波站、尋呼臺發(fā)射塔、變電站、高壓線、電視臺等）；同時，為了減少多路徑效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)無明顯的大面積的信號反射物（如大面積積水域、大型建筑物等）；另外，要求基準(zhǔn)站電臺天線和移動站天線之間無大的遮擋物（如高層建筑物、高山等），且天線盡量設(shè)置高一些，以提高電臺信號的傳輸距離。
作業(yè)半徑的限制
移動站離開基準(zhǔn)站的最大距離稱作RTK的作業(yè)半徑，它的大小取決于基準(zhǔn)站電臺信號的傳輸距離，且對RTK測量的速度和精度有著直接影響。
目前，常用的單、雙頻RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈電臺多為美國PPC公司的35W（基準(zhǔn)站）和2W（移動站）電臺。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩山頂之間能夠通視時，移動站距基準(zhǔn)站47km時，也可收到差分信號。但是，在城鎮(zhèn)作業(yè)時，如果兩點(diǎn)之間有較高的房屋遮擋，即使相距1km也很難進(jìn)行RTK測量。
近年來，隨著GPS技術(shù)的不斷完善，儀器制造商競相采用先進(jìn)技術(shù)，有效地?cái)U(kuò)大了RTK的作業(yè)范圍。如果在建筑物或樹木比較多的地區(qū)作業(yè)，移動站接收電臺信號會比較弱且容易失鎖，而且高程精度較差。因此，RTK的作業(yè)半徑控制在10km以內(nèi)為宜。當(dāng)信號受影響嚴(yán)重時，還應(yīng)進(jìn)一步縮短作業(yè)半徑，以提高RTK測量的精度和速度。
測量中的一般要求
為了保證RTK測量的精度、速度（初始化時間）和可靠性，除了正確求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、合理設(shè)置基準(zhǔn)站和限制作業(yè)半徑外，在RTK測量中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）觀測衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度要高。在進(jìn)行坐標(biāo)解算時，所采用的衛(wèi)星數(shù)越多，分布越均勻，則PDOP值越大，RTK的精確性和可靠性越高，且初始化的時間也越短。因此，一般情況下，在接收衛(wèi)星數(shù)保持5顆以上，且PDOP<6時，才能進(jìn)行RTK測量。
（2）作業(yè)員的責(zé)任心要強(qiáng)。作業(yè)員的專業(yè)水平、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心對RTK成果的精確性和可靠性有著嚴(yán)重的影響。作業(yè)時，接收機(jī)的對中、整平、天線高的量取及輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)及天線高等數(shù)據(jù)的任何誤差，都將影響RTK測量的全部坐標(biāo)。因此，要求作業(yè)員必須具有強(qiáng)烈的責(zé)任心，認(rèn)真嚴(yán)格地按規(guī)程操作。另外，對儀器基座和測桿上的水準(zhǔn)器等必須定期嚴(yán)格校正，以避免系統(tǒng)誤差的影響。
（3）觀測成果要注意復(fù)核。RTK測量具有顯著的實(shí)時、快捷等優(yōu)點(diǎn)，但其初始化（整周模糊值）的置信度通常為95%～99%，且作業(yè)中缺乏檢核條件，個別點(diǎn)可能會出現(xiàn)粗差。因此，為了保證RTK的實(shí)測精度和可靠性，作業(yè)中必須注重成果的復(fù)核。成果的復(fù)核分為作業(yè)前復(fù)核和作業(yè)中復(fù)核。作業(yè)前復(fù)核是指在RTK作業(yè)前，先在已知點(diǎn)上檢測，新測坐標(biāo)與已知坐標(biāo)較差符合要求后，才能進(jìn)行RTK測量；作業(yè)中復(fù)核一般是指在作業(yè)中采用不同起算點(diǎn)測定部分重合點(diǎn)，或在同一點(diǎn)上采用兩次觀測法（失鎖或關(guān)機(jī)）觀測。
�。�4）用RTK方法進(jìn)行控制測量時，應(yīng)采取一定的措施保證測量精度�，F(xiàn)行測量規(guī)范（如《城市測量范圍》、《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》等）規(guī)定一、二級導(dǎo)線的點(diǎn)位中誤差（相當(dāng)于起算點(diǎn)）不大于±5cm，而常用GPS接收機(jī)RTK測量的標(biāo)準(zhǔn)精度為1cm+1ppm，所以，一、二級導(dǎo)線控制點(diǎn)完全可以采用RTK方法施測。
使用RTK方法測定的坐標(biāo)可以是觀測一個歷元的結(jié)果，也可以是幾個歷元的平均值。對于純動態(tài)定位而言，只能取一個歷元的觀測值；在一般的RTK測量中，通常是取幾個歷元的平均值，以消除偶然噪聲，提高定位精度。當(dāng)用RTK方法進(jìn)行控制測量時，為了保證測量成果的精確、可靠，宜采用多歷元的觀測結(jié)果；同時，觀測時應(yīng)使用三腳架固定移動站的天線，進(jìn)行嚴(yán)格的對中、整平，并遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源和大面積的信號反射物。
隨著RTK技術(shù)的不斷完善，RTK測量的初始化速度、成果精度及可靠性會越來越高。但是由于受衛(wèi)星信號、接收機(jī)狀態(tài)、測站周圍環(huán)境及儀器操作的影響，RTK定位有時會出現(xiàn)失真，其成果不可能百分之百的可靠。因此，在作業(yè)中，我們要根據(jù)RTK技術(shù)的特點(diǎn)及測區(qū)狀況，采取有效措施，嚴(yán)格按操作規(guī)程作業(yè)，并加強(qiáng)成果的復(fù)核，以確保RTK成果的精確性和可靠性。
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