RTK技术在工程测量质量控制中的运用
摘要
关键词
RTK技术;工程测量;质量控制;运用
正文
一、RTK技术优点
(一)RTK技术的误差
应用RTK技术测量时,可能出现一些测量误差,主要分为同测站相关误差与同距离相关误差。若是出现信号干扰、多径误差以及气象变化等情况,则容易导致同测站相关误差产生。相比于其他影响因素,多径误差的发生概率较大。就多径误差而言,主要是因为接收机天线周围环境恶劣,可能存在高耸建筑物、面积较大的水域等,这些都对电磁波造成影响,基于强反射作用,天线信号将受到干扰,可能出现两种信号叠加的情况,所以测量的定位结果将存在误差问题,但是这类误差可以通过实施一些有效的校正方法等加以削弱或者避免。同距离相关误差的产生和移动站与基准站之间距离有关。如果二者之间距离增加,其误差也会变大。为此,有关测量人员应当限制工程测量作业半径等。
(二)整周模糊值
整周模糊值也是RTK技术特点之一,指的是初始化时间。当应用RTK系统时,整周模糊值的确定关系着定位精准性和可靠性。系统正常运转条件下,如果地面两点距离不远,可以模拟对流层与电离层对于测量工作的影响,经过差分处理观测值,可以逐渐减弱这些影响。然而,电离层电子含量将会有所变化,与此同时,无论对于基准站,还是移动站,卫星信号将会产生一定影响。基线长度与影响变化之间呈正比例变化关系,前者越长,后期影响越大。因此,若电离层剧烈活动,可能出现周跳、失锁等现象,这时必须延长观测时间,以便确定整周模糊值。需要注意的是,如果太阳黑子爆发,整周模糊值将不能被固定。有关实践表明,影响整周模糊值的因素包含三个:第一,接收机类型。相比于单频RTK,双频RTK初始化的时间较短。第二,观测卫星数量。观测卫星数量越多,其RTK精确性越高,具有较好的可靠性;第三,移动站、基准站二者之间的距离。如果距离相近,整周模糊值将较短。
(三)数据链
在RTK测量过程中,要求移动站实时接收信号,掌握具体的观测值和相关数据链信息,方便进行位置确定。为此,必须要确保基准站信号接收具有良好的可靠性和连续性,从而取得较好的RTK测量结果。一般而言,如果位于沙漠、平原等区域,RTK技术应用效果较好,但是,若是在山区、森林等地方进行工程测量,测量成果质量将有所下降,影响实际工程测量作业效率,极有可能出现无法作业的情况。
(四)坐标系统
RTK与GPS静态测量一样,GPS接收机接收的卫星信号经数据处理后,首先得到的是地心坐标系(WGS84)坐标,而在测绘工程中应用的通常是1980西安坐标系、1954年北京坐标系或地方独立坐标系等,其高程一般为正常高。因此,为了把WGS84坐标系坐标转换为地方坐标系坐标,作业前首先要根据坐标转换关系式求解两种坐标系间的转换参数。
二、RTK误差特性与RTK测量质量控制方法
(一)RTK的误差特性及控制方法
1.同仪器和干扰有关的误差特性与控制方法
天线相位中心变化:若要提高RTK定位精度,必须进行天线检验校正。多径误差:多径误差取决于天线周围的环境,多径误差可通过下列措施予以削弱,即选择地形开阔的点位、采用扼流圈天线、基地站附近辅设吸收电波的材料。信号干扰:在基地站削弱天线电噪声最有效的方法是连续监测所有可见卫星的周跳和信噪比。
2.同距离有关的误差特性与控制方法
同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。轨道误差:就短基线(<10km)而言,误差较小,但是,对20~30km的基线则可达到几厘米。利用下列方法使电离层误差得到有效的消除和削弱:利用两个以上观测站同步观测量求差(短基线)等。对流层误差:对流层误差与点间距离和点间高差密切相关。
(二)常见RTK测量质量控制方法
1.已知点检核比较法
已知点检核比较法为常见质量控制手段,主要结合已知点进行比较分析,如果出现问题第一时间加以校正。在应用过程中,主要与RTK观测同步进行,要求测量人员尽可能选择高精度的控制点,类似静态控制点或者高等级的控制点,再针对这些已知点坐标加以比较检核,若是发现其中的问题,则立即进行改正,从而加强RTK测量成果的质量控制。
2.重测比较法
重测比较法,顾名思义,基于反复测量为基本内容的比较方式,提供比较的依据方法,在应用阶段,先测量若干个固定点坐标,若是存在已测RTK点,则重测坐标,再定位进行比较。若是没有观测点,可以增设仪器,对检测过的RTK点加以对比,利用全站仪等对检测点之间的距离等进行确定,再检验测量检核成果精度。所以这种方法较为简单,通过现场进行观测成果的对比,进一步判定初始化的可靠性及准确性,如果初始化无问题,再进行新RTK观测。
3.电台变频实时检测法
电台变频实时检测法在RTK测量成果质量控制中有着重要的应用价值,为取得精准的检测结果,首先,常常要求检测人员在检测区域建立多个基准站,确保基准站数量不少于2。其次,让各个基准站使用不同频率进行差分发射,以便改正数据。针对流动站而言,实际RTK观测过程中,变频开关的作用较大,可以方便电台人员进行不同基准站的选择,用于接收不同的差分改正数据,使得各个RTK点都可以实时接收一个基准站的相关数据信息,准确掌握差分改正数据情况,及时获取一个基准站的RTK观测数据。与此同时,若是该电台进行另一个频率切换,则又可以接收另一个基准站的数据信息,进一步掌握差分改正数据,获取同一点的不同RTK观测数据。最后再采用多次比较方式,实时比较与分析RTK观测数据信息内容,从而对RTK观测质量问题加以判断。
三、RTK技术在工程测量质量控制中的运用
1.已知点检核较法的运用
某工程项目位于郊区,项目图根控制测量中的测区大多为丘陵地貌,满足RTK测量的要求。故此,观测人员选择应用RTK技术,实际作业过程中,在附近制高点位置设置基准站,确保视野足够开阔,可以避免高压输电线路以及通讯线路等部分的干扰,为实际RTK观测工作开展创造条件。观测时,流动站和基准站二者之间的距离被控制在7km范围内,并严格按照相关技术规定等进行RTK观测。为加强RTK测量成果质量控制,根据实际情况分析后,项目方决定采取已知点检核较法。RTK图根控制测量的同一时间,要求测量人员对周围8个静态E级GPS已知点加以联测。最终得到已知点坐标,再分别进行比较检核。M63、M64、M65三个已知点坐标以及观测情况,其中平面最大点位误差与点位中误差分别为2.3cm和1.8cm,最大高程差和高程中误差分别为2.8cm和1.7cm,最终核验后,该工程RTK图根测量成果质量得到控制,可靠性有所提升。
2.重测比较法的运用
某地区工程数字测图项目测量地地势复杂,被测区域多为丘陵、山地等,因此使用RTK技术对碎部点的数据进行采集,利用先进技术节省测站搬站的流程,进一步加快作业效率,提高观测水准。然而相比于全站仪极坐标法,RTK数据采集过程中,存在采集数据不稳定等问题,容易影响工程测量质量。为提高碎部点测量的精准度,采取了重测比较法,以求进行RTK观测结果的质量控制。在实际应用过程中,当每次重新初始化后,立即重测附近已测的RTK点,测点数量应该超过两个,通过现场比较,确保初始化无问题再对新的坐标点进行RTK观测。经过实际测量,该工程共计重新观测36个比较点,其中平面精度最大点位误差和点位中误差分别为2.6cm和2.0cm,高程精度中最大高程差和高程中误差分别为2.8cm和2.1cm。经过重测比较分析,最终确定每次初始化过程不仅正确,还有一定可靠性,为该工程碎部点精度与成图质量提供保障。
3.电台变频实时检测法的运用
某工程测量位于某地区,图根控制测量项目中,主要应用RTK技术,其实践操作步骤如下:首先,准备相关仪器,包括Trimble5700GPS双频接收机、TRIMARK3数传电台及天线等。其次,选择基准站。确保测量区内或测区附近空旷、视野开阔,高度角在15°以上的范围内,无障碍物,附近不应有强烈干扰接收卫星信号的干扰源或强烈反射卫星信号,设立两个基准站。同时,启动基准站。架设相关仪器后,接通电源,设置基准与转换参数,并确保与GPS接收机连接,再输入其中基准站坐标等,启动后,保证电台处于发射状态。最后,连接流动站仪器。设置完流动站信息后,开始进行RTK观测。为保证观测结果质量,采用电台变频实时检测法,让各自基准站使用不同频率进行差分发射,可以实时获得差分改正数据,将接收的不同的差分改正数据进行对比分析。最终结果显示,总平面点位中误差处于2cm范围内,最大为0.0164cm,可以满足1/500图幅图根控制的精度要求,达到预期的工程测量质量控制效果。
四、结束语
作为先进测量技术中的一种,RTK技术深受关注。在各类工程测量中,该技术都具有较大的应用价值,实际测量质量控制过程中,要求测量人员掌握RTK技术应用要点,结合自身经验以及工程情况等合理运用这类技术。与此同时,可以合理运用已知点检核比较法、重测比较法、电台变频实时检测法等,实现误差与测量成果上的质量控制,提高工程测量的质量。
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