礦區(qū)控制測(cè)量中RTK高程精度的探討

1、剛果（金）SICOMINES礦區(qū)控制測(cè)量中RTK高程精度的探討摘要：隨著GPS-RTK在工程測(cè)量中大范圍的普及應(yīng)用，由于RTK高程測(cè)量精度的不確定性，結(jié)合實(shí)際工程中測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析結(jié)果，針對(duì)影響RTK高程測(cè)量精度的各種因素，提出了提高RTK高程精度的具體措施。得出了在小測(cè)區(qū)范圍內(nèi)RTK高程測(cè)量的精度能滿足圖根高程的結(jié)論。關(guān)鍵詞：GPS-RTK，高程精度，粗差1 引言在測(cè)繪工作中，GPS-RTK以其定位精度高、效率快、不要求點(diǎn)位相互通視、自動(dòng)化程度高、誤差累積小、測(cè)繪成果統(tǒng)一、操作簡(jiǎn)單、全天候等優(yōu)點(diǎn)，在測(cè)繪各個(gè)領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。RTK系統(tǒng)包括三部分即基準(zhǔn)站、移動(dòng)站和軟件系統(tǒng)?；鶞?zhǔn)站由雙頻GPS

2、接收機(jī)、GPS天線、發(fā)送電臺(tái)及天線、電源等組成，移動(dòng)站由雙頻GPS接收機(jī)、GPS天線、接收電臺(tái)及天線、手薄、電源、對(duì)中桿等組成，軟件系統(tǒng)由支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分的軟件系統(tǒng)(如WindowsCE)及工程測(cè)量應(yīng)用軟件組成。它通過(guò)在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)對(duì)所有可視的GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)地發(fā)送給移動(dòng)觀測(cè)站。在移動(dòng)站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)同時(shí)通過(guò)無(wú)線電接收設(shè)備接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示移動(dòng)站的三維坐標(biāo)及精度在實(shí)際工程測(cè)量中，RTK所采集的為WGS-84坐標(biāo)，其平面坐標(biāo)經(jīng)過(guò)差分處理，修正值改正后其相對(duì)精度較高是毋庸

3、置疑的，已得到了廣泛應(yīng)用并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但高程精度在由大地高向正常高轉(zhuǎn)換中，由于方法不同和高程異常的不確定性，導(dǎo)致高程精度存在不確定性，故需對(duì)影響RTK高程精度的因素進(jìn)行一定的分析研究以確定RTK擬合高程的可行性。2 RTK高程擬合原理地面點(diǎn)沿橢球法線到參考橢球面的距離稱(chēng)為大地高，用H表示。地面點(diǎn)沿鉛垂線方向到似大地水準(zhǔn)面的距離叫做正常高用h表示。似大地水準(zhǔn)面與橢球面之間的距離稱(chēng)為高程異常。用表示其關(guān)系式如下：=H-h因此要將GPS測(cè)得的大地高轉(zhuǎn)換為正常高就需要精確獲取該異常差值。圖1大地高正常高高程異常關(guān)系圖三者中已知任何兩個(gè)即可求得第三個(gè)由于GPSRTK技術(shù)一般用于局部區(qū)域測(cè)量，在

4、一定范圍內(nèi)高程異常雖然不為常數(shù)，但可以認(rèn)為在此范圍內(nèi)變化平緩。通過(guò)采集一定數(shù)量已知控制點(diǎn)的近似大地高，經(jīng)數(shù)學(xué)函數(shù)擬合求得能反映GPSRTK網(wǎng)控制范圍內(nèi)高程異常變化的函數(shù)，通過(guò)內(nèi)插求得測(cè)區(qū)中其它各未知點(diǎn)的高程異常。常用的擬合方法有直線擬合、二次曲面擬合以及多面函數(shù)擬合等等當(dāng)測(cè)區(qū)起伏不大，比較平坦時(shí)，對(duì)應(yīng)的高程異常面一般可用平面或二次曲面擬合但若某區(qū)域的似大地水準(zhǔn)面較復(fù)雜，可以采用二次曲面等較為簡(jiǎn)單的函數(shù)對(duì)移去后的曲面進(jìn)行擬合，然后再將移去的EGM96高恢復(fù)，可望得到較好的擬合結(jié)果13.工程實(shí)例SICOMINES銅鈷礦區(qū)位于剛果（金）南部科爾韋茲市西偏南，該地區(qū)為熱帶草原邊緣得帶，平均海拔1430

5、米。測(cè)繪工作區(qū)面積為11平方公里，測(cè)區(qū)范圍內(nèi)分布有兩個(gè)大型采坑，采坑內(nèi)積水，多個(gè)大型渣山，測(cè)區(qū)北部為灌木叢區(qū)，中部分布大片量尾沙區(qū)。適逢雨季結(jié)束，開(kāi)始旱季，植被茂盛，雜草叢生，灌木、雜草均達(dá)到2米，通視條件不理想。測(cè)區(qū)首級(jí)控制采用GPS靜態(tài)觀測(cè)布設(shè)，精度達(dá)到D級(jí)，各點(diǎn)高程采用四等水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)。四等水準(zhǔn)網(wǎng)最弱高程中誤差為±0.6cm。測(cè)區(qū)范圍內(nèi)圖根點(diǎn)大部分采用等外水準(zhǔn)測(cè)量。測(cè)量采用中海達(dá)ZHDV8RTK系統(tǒng)，基準(zhǔn)站架設(shè)在地勢(shì)相對(duì)較高、視野開(kāi)闊、交通方便且安全的地方。為了得到較好的高程精度，三個(gè)校正點(diǎn)均勻分布在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，應(yīng)用RTK測(cè)量D級(jí)GPS控制點(diǎn)和經(jīng)水準(zhǔn)測(cè)量的圖根控制點(diǎn)的高程。數(shù)據(jù)

6、統(tǒng)計(jì)如下表：表1RTK高程與水準(zhǔn)高程比較由表1中數(shù)據(jù)計(jì)算得出平均誤差為21mm,中誤差為32mm。從以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，較差最大的為62mm，較差最小的為4mm，根據(jù)工程測(cè)量規(guī)范規(guī)定，最后一次加密的高程控制點(diǎn)(圖根高程控制)，對(duì)鄰近基本高程控制點(diǎn)的高程中誤差不得大于±h10(h為測(cè)圖等高距)結(jié)果表明，RTK高程精度滿足大比例尺地形圖測(cè)量對(duì)圖根控制高程精度的要求。RTK測(cè)量的高程可以代替五等水準(zhǔn)高程4.影響RTK高程精度的因素及采取的措施4.1影響RTK高程精度的因素（1） 接收機(jī)公有誤差：GPS衛(wèi)星，衛(wèi)星信號(hào)的傳播過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，如：衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對(duì)流層誤差等

7、。（2） 接收機(jī)自身觀測(cè)誤差：通道延遲、天線相位中心變化、接收機(jī)內(nèi)部噪聲等。（3） 校正點(diǎn)得精度及選擇校正點(diǎn)得分布。如果校正點(diǎn)坐標(biāo)精度低，流動(dòng)站測(cè)得三維坐標(biāo)將帶有系統(tǒng)偏差，校正點(diǎn)分布是否均勻會(huì)影響到函數(shù)擬合面是否合理。（4） 外界觀測(cè)環(huán)境的影響。作業(yè)時(shí)周?chē)欠翊嬖跇?shù)木，房屋等障礙物影響觀測(cè)精度，高壓電塔等影響信號(hào)質(zhì)量。4.2為提高RTK高程精度應(yīng)采取的措施（1）與衛(wèi)星、接收機(jī)有關(guān)誤差，應(yīng)合理選擇設(shè)置基準(zhǔn)站，限制移動(dòng)站作業(yè)半徑，遠(yuǎn)離大型電磁干擾源和大面積信號(hào)反射面等。作業(yè)前根據(jù)星歷預(yù)報(bào)編制觀測(cè)計(jì)劃，選擇最佳衛(wèi)星分布，保證衛(wèi)星與接收機(jī)之間具有較強(qiáng)的圖形強(qiáng)度。（2）提高大地高的測(cè)量精度及校正點(diǎn)高程精

8、度，大地高測(cè)定的精度是影響GPS一RTK高程測(cè)量精度的主要因素之一。這可以從提高起算點(diǎn)精度，縮短基線距離，采用雙頻機(jī)，精確量取儀器高和流動(dòng)站高2，嚴(yán)格對(duì)中整平。采用水準(zhǔn)精度高的校正點(diǎn)作為參數(shù)系統(tǒng)的起算點(diǎn)，減少起算點(diǎn)誤差與接收機(jī)測(cè)量的大地高匹配以減少殘差，調(diào)高參數(shù)的相吻合性，獲取最終啟動(dòng)參數(shù)。（3）校正點(diǎn)分布要合理、均勻。根據(jù)測(cè)區(qū)的不同情況校正點(diǎn)最好成幾何圖形均勻分布于測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，高程要聯(lián)測(cè)幾何水準(zhǔn)3。對(duì)含有不同趨勢(shì)地區(qū)的大測(cè)區(qū)，可采用分區(qū)選取的辦法，避免從一端向另一端無(wú)限制的外推。以獲得與函數(shù)擬合面的最佳相似，減少內(nèi)插產(chǎn)生的異常殘差。在測(cè)量工作中校正點(diǎn)個(gè)數(shù)必須保證在3個(gè)以上，已知點(diǎn)越多精度越高

9、。（4）測(cè)量用RTK選用高精度，性能穩(wěn)定且受外界環(huán)境因素影響小的儀器。RTK觀測(cè)的采樣間隔為1s，每次測(cè)量的歷元數(shù)不小于10個(gè)，單次觀測(cè)的平面收斂精度應(yīng)小于2cm，高程收斂精度應(yīng)小于3cm，因此要求RTK測(cè)定的點(diǎn)必須是固定解狀態(tài)下測(cè)定。作業(yè)過(guò)程中，有效衛(wèi)星個(gè)數(shù)應(yīng)不少于5個(gè)，PDOP值不應(yīng)大于6。（5）在野外觀測(cè)中，由于地形條件和天空衛(wèi)星分布情況，致使GDOP值較大，而GDOP值較大時(shí)容易出現(xiàn)粗差，而RTK作業(yè)可靠性只有95%-99%，因此RTK作業(yè)不可避免出現(xiàn)粗差，剔除粗差方法為：一、增加多余觀測(cè)值，多次進(jìn)行初始化觀測(cè)，比較觀測(cè)值剔除粗差。二、在測(cè)圖時(shí)用全站儀檢較，檢查是否存在粗差。5.結(jié)束語(yǔ)綜上所述對(duì)GPS-RTK進(jìn)行高程測(cè)量的誤差來(lái)源進(jìn)行了分析，在嚴(yán)格控制各項(xiàng)誤差，采取諸多控制措施，選用合理作業(yè)方法，從根源處進(jìn)行質(zhì)量控制，高程精度能夠滿足圖根高程所需。因此，在小范圍測(cè)區(qū)內(nèi)（輻射距離不宜過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)小于2KM），采用多點(diǎn)校正的RTK測(cè)量，省時(shí)、省力，高程精度可靠。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，RTK將在多方面取代傳統(tǒng)測(cè)量，尤其在應(yīng)用RTK與全站儀的相配合的作業(yè)中，在解決GPS信號(hào)盲區(qū)的同時(shí)