GPS RTK在图根控制测量中高程精度的探讨

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２０卷第２期　浙江水利水电专科学校学报　Ｊ．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｗａｔ．Ｃｏｎｓ＆Ｈｙｄｒ．ＣｏＵｅｇｅ　Ｖ０１．２０　Ｎｏ．２　２００８年６月　Ｊｕｎ．２００８　ＧＰＳ　ＲＴＫ在图根控制测量中高程精度的探讨　俞永军　（浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州３１０００２）　摘要：简要介绍了ＧＰＳ、ＲＴＫ高程拟合原理，结合拓普康ＧＰＳ　ＲＴＫ在海宁洛塘河工程中的应用，重点对ＲＴＫ高程技术在　图根控制测量中高程精度因素进行了统计和分析，并提出了如何发现ＲＴＫ高程粗差和粗差的剔除以及在ＲＴＫ作业时必　须注意的事项．　关键词：高程拟合；高程精度；高程粗差　中图分类号：Ｐ２２４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—５３６Ｘ（２００８）０２—００８０—００３　Ｏｎ　Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　Ａｃｃｕｒａｃｙ　ｉｎ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｂｙ　ＧＰＳ　ＲＴＫ　ＹＵ　Ｙｏｎｇ－ｊｕｎ　（Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１０００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　ＧＰＳ　ＲＴＫ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＴＯＰＣＯＮ　ＧＰＳ　ＲＴＫ　ｉｎ　Ｈａｉｎｉｎｇ　Ｌｕｏ－ｔａｎｇ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｈｅｔ　ＲＴＫ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ．Ａｎｄ　ｉｔ　ｌａｓｏ　ｓｈｏｗｓ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｉｆｎｄ　ｈｅｔ　ＲＴＫ　ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｇｒｏｓｓ　ｅｒｒｏｒｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｍａｔｔｅｒｓ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＲＴＫ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｆｉｔｔｉｎｇ；ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ；ｅｌｅｖａｔｉｏｎ　ｅｌＴＯｒｓ　１　工程概述　海宁市位于浙江省北部，隶属嘉兴市．境内河塘纵　横交错，系河网平原地区．洛塘河始于长安镇王家村附　近的辛江塘，河流向东偏北方向至海宁市硖石镇汇入　长山河，主河道长约２６　ｋｍ，基本上横贯整个海宁市的　北部．洛塘河也是海宁市境内主要排涝河道之一，由于　洛塘河沿途经过有斜桥、斜桥镇、伊桥、硖石镇等村镇，　已得到广泛应用，并取得了显著的效益，但在高程测量　方面存在一些不确定性．特别是水利水电工程对高程　要比其他工程更加重要，人们期望着能够用ＧＰＳ　ＲＴＫ　高程测量能代替传统的水准（或电磁波测距三角高程）　测量；希望在平原、丘陵地区快速测定平面位置及高　程，能满足图根控制的要求，提高工作效率和经济效　益，故需对ＲＴＫ高程的精度进行一定的分析研究．为　了能判别ＲＴＫ拟合高程的可行性，我们对ＲＴＫ的图根　控制点进行了五等水准测量．本次在测区图根控制测　量中采用两台双频Ｔｏｐｃｏｎ　ＨｉｐｅｒＧＰＳ接收机实时动态　河道狭窄，给通航、排涝、环保都带来很多问题，严重制　约了海宁市的再度发展，所以海宁市的有关部门提出　需要整治洛塘河．　本次测量的主要任务有：测区河道的平面控制、高　程控制、老河道１：２０００地形、分流改道段的１：１０００地　测量模式进行．测图方式为全野外数字化测图，使用开　思ＣＡＳＳ２００２软件成图，地形图分幅５０　ｃｍ　ｘ　５０　ｃｍ，等　高距１　ｍ．　形等．由于测区为河网地带，汊港较多，施测时交通工　具主要是船，沿河两岸城镇村落较多，而且较为隐蔽，　２　ＲＴＫ高程拟合原理　ＧＰＳ　ＲＴＫ以其全天候、高精度、高效率、易操作等　特点被广泛应用于控制测量、地形测量、施工放样等．　如何利用ＧＰＳ高程测量代替常规的水准测量，获取高　精度的水准高程，是目前ＧＰＳ测量研究的一个热点．　所以有一定的难度．经过多方论证，宜布设五等ＧＰＳ　网、四等水准作为首级控制，测图控制采用ＧＰＳ　ＲＴＫ　技术测量．当前，ＧＰＳ　ＲＴＫ测量技术对于平面控制来说　收稿日期：２００８．０２．１３　作者简介：俞永军（１９６９一）男，浙江嵊州人，工程师．从事水利水电　工程测量．　尤其在一些实际工作中，ＧＰＳ高程测量不仅可以解决　工程中一些实际问题，也为ＧＰＳ技术在工程上的应用　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期　俞永军：ＧＰＳ　ＲＴＫ在图根控制测量中高程精度的探讨　８１　提供了广阔的发展空间．但由于ＧＰＳ测量的高程系统　与水准高程系统存在着一定的差异（一般称其为高程　异常或大地水准面差距），因此要将ＧＰＳ测量的高程　获得的是大地高，而我国使用的是正常高，即高程基准　不统一；其二，相对平面点来讲，高程测量中不易发现　粗差．由于ＲＴＫ技术的关键在于数据处理技术和数据　传输技术，定位时由于遮挡、磁场等原因的干扰，某些　时候会导致不可信度的产生．如假值、粗差情况的发　生，研究ＲＴＫ测值的高程精度状况还是十分必要的．　３．１　测量实施　精度转换为水准高程就必须精确获取该差异值．　由于ＧＰＳ所测得的高程是测站相对于ＷＧＳ一８４椭　球面的大地高　，而我国所采用的高程系统是相对于　似大地水准面的正常高系统ｈ，见图１，它们之间的差　值为高程异常，用用　表示，它们之间的关系为：　本次测量拓普康公司生产的Ｔｏｐｃｏｎ　Ｈｉｐｅｒ（ＲＴＫ）　（１）　Ｈ—ｈ　双频ＧＰＳ　１台主机电台加１台接收机、控制面板（终　端）、电台、接收机天线、无线电发射天线、１２Ｖ的电瓶、　三角架、基座、对中杆、背包等．　软件拓普科技发展有限公司研制的ＴＯＰＳＵＲＶ软　件，用于ＧＰＳ数据采集及数据后处理ｌ２ｊ．　基准站应选在地势相对较高、视野开阔、交通方便　且安全架设仪器的地方．　为了保证ＧＰＳ网有较好的图形强度，作业前根据　已知点分布的情况及整个测区情况对该网进行优化设　计．以海宁洛塘河工程为例，我们用五等水准的方式测　图１　Ｈ—ｈ一　关系图　定了一些图根点的高程，然后利用ＧＰＳ　ＲＴＫ测定了图　根点的高程，其数据统计结果见表１．　三者中已知任何两个即可求得第三个．已知ＧＰＳ　大地高若能精确求得该点的高程异常，就可以解算出　表１　ＲＴＫ高程与五等水准高程测量成果比较　该点精度较高水准高了．ＧＰＳ高程拟合就是通过一定　的数学方法拟合出测区的高程异常面，内插出ＧＰＳ点　的高程异常，从而精确求得该点的水准高．常用的拟合　方法有直线拟合、二次曲面拟合以及多面函数拟合等　等．当测区起伏不大，比较平坦时，对应的高程异常面　般可用平面或二次曲面拟合．但若某区域的似大地　水准面较复杂，可以采用二次曲面等较为简单的函数　对移去后的曲面进行拟合，然后再将移去的ＥＧＭ９６高　恢复，可望得到较好的拟合结果…．　３　Ｒ　技术测量图根控制点高程的可行性　ＲＴＫ定位技术就是基于载波相位观测值的实时动　态技术．在ＲＴＫ作业模式下，基准站通过数据链将其　观测值和测站坐标信息一起传送给流动站，流动站不　仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集ＧＰＳ　观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，　用户输入相应的坐标转换和投影参数，可以实时得到　精度达厘米级的定位结果．但用于图根高程控制测量　还需要进一步研究，这基于两个原因，其一，ＧＰＳ方法　维普资讯 http://www.cqvip.com ８２　浙江水利水电专科学校学报　第２０卷　３．２高程精度统计与分析　正确无误，二是为了检验已知控制点间的兼容性，三是　从以上统计数据可以看出，较差最大的为３８　ｎｌｌｎ，　为了方便图根控制的精度评定．　较差最小的为１　ｎｌｌｎ，根据《水利水电工程测量规范》规　在满足上述条件的情况下，ＲＴＫ高程精度能接近　定，最后一次加密的高程控制点（图根高程控制），对邻　±２　ｅｍ．说明ＧＰＳ　ＲＴＫ高程在大部分平原丘陵地区可　近基本高程控制点的高程中误差不得大于±ｈ／ｌＯ（ｈ　以满足地形测量的要求．　为测图等高距）．结果表明，ＲＴＫ高程用于测量测图等　高距为１　ｍ的地形图图根高程控制精度是比较理想　５砌　高程粗差及粗差的发现与剔除　的，ＲＴＫ测设的高程可以代替五等水准高程．　ＲＴＫ在作业时选择点位应该满足ＧＰＳ观测要求，　４　影响Ｒ１　高程精度的主要因素及　根据星历预报结果安排观测时间，通常要求ＧＤＯＰ值　注意事项　小于４．在ＧＤＯＰ值较大时，较容易出现粗差，由于ＲＴＫ　作业成果的可靠性只有９５％～９９％，所以在ＲＴＫ作业　４．１　影响ＲＴＫ高程精度的主要因素　过程中不可避免地存在着粗差，且在观测过程中不能　分同测站有关误差，同距离有关误差，足够多的观　做出准确的判断，那么观测结果中粗差的剔除只能在　测卫星，要注意合理设置基准站，限制作业半径，远离　事后进行，也只有通过事后剔除的方法来提高ＲＴＫ作　电磁干扰源和大面积信号反射源．　业的可靠性．方法主要是采用一定的多余观测值来检　４．２　ＧＰＳ　ＲＴＫ高程采用必须注意以下问题　查，当然多余观测值的数量不宜太多，否则会影响ＲＴＫ　（１）ＧＰＳ　ＲＴＫ测定的点必须是固定解的状态下才　作业的效率，失去ＲＴＫ作业的意义．一般的粗差剔除　能采用．　方法有：　’　（２）ＧＰＳ　ＲＴＫ仪器的选用要选择精度不低于基线　（１）多次初始化观测，比较各次观测值剔除粗差．　精度５　ｎｌｌｎ＋１　ｐｐｍ、高程精度１０　ｎｌｌｎ＋２　ｐｐｍ，性能较为　（２）用ＲＴＫ点作为图根控制施测地形图时，相邻　稳定且受外界环境因素影响小的ＧＰＳ　ＲＴＫ．　点问用全站仪校核以检查是否存在粗差，从而保证成　（３）基准站及流动站的天线高要十分精确地量　果的可靠性．　取，这是影响ＲＴＫ高程精度的一个十分重要的因素．　（４）必须保证用来求转换参数的已知点具有准确　６　结　语　的坐标成果，而且必须注意这些已知点要平均分布整　以上针对ＲＴＫ图根控制测量的高程误差来源进　个测区，必须保证３个已知点以上，已知点越多精度越　行了分析，从问题的根源进行质量控制．随着ＧＰＳ参　高．　考站技术的发展和应用，ＲＴＫ将在多个方面替代传统　（５）作业半径控制在５　ｋｍ内．　ＧＰＳ作业，因此作业效率将大大提高．目前选择合适的　（６）通常ＲＴＫ观测的采样间隔为１　Ｓ，每次测量的　ＲＴＫ仪器和作业方式，同时通过全面的质量保证措施，　历元数不小于１０个．单次观测的平面收敛精度应小于　能得到更加稳定可靠的作业成果．相信，ＲＴＫ将会在多　２　ｅｍ，高程收敛精度应小于３　ｅｍ．　个领域发挥更大的作用．　（７）ＲＴＫ测点应选在开阔处，避开高压线及大功　率发射台、树林、民房等．　参考文献：　（８）ＲＴＫ作业过程中，有效卫星个数应不少于５　［１］成伟．ＧＰＳ高程拟合的若干问题研究［Ｊ］．地质测绘，２００３，１９　个，点位几何图形因子（ＰＤＯＰ）值应不大于６．　（５）：４—５．　’　（９）每次移动基准站需到已知控制点上进行检　［２］魏二虎，黄劲松．ＧＰＳ测量操作与数据处理［Ｍ］．武汉：武汉大学出　版社，２００４．　测，一是为了确认基准站和流动站的输入项和设置都