在不同区域内进行GPS_RTK测量的精度探讨

在不同区域内进行GPS-RTK测量的精度探讨3

王亚毛

(武汉测绘院,湖北武汉　430010)

摘要:结合测量的实际情况,将不同区域和环境条件下的GPS-RTK观测成果与其他测量方法的观测成果进行比较和分析,以此探讨GPS-RTK测量精度满足的应用范围。

关键词:GPS-RTK;区域;精度

中图分类号:P22814　　　文献标识码:B　　　文章编号:1007-9394(2006)01-0041-03

D iscussi on on the Result Prec isi on of GPS-RTK Survey i n D i fferen t D istr i cts

WANG Ya2mao

(W uhan Institute of Surveying and M apping,W uhan Hubei430010,China)

Abstract:Combining the actual circu m stance with survey and app lying the technique of GPS-RTK,surveying re2 sult is co mpared under the conditi on of different districts and envir on mentswith their nor mal methods,carrying on the da2 ta analysis t o inquiry the app licati on domain of GPS-RTK surveying p recisi on.

Key words:GPS-RTK;district;p recisi on

0　引言

精度是衡量测量成果最重要的指标,某项测量成果的好坏直接反应在其精度指标上。RTK技术虽然给测量领域带来了巨大的变革,也改变了传统测量仪器的作业方式:但是作为新技术GPS-RTK应用在各种生产领域的测量,没有现成的精度规范规定要求可用;因此GPS-RTK测量在实际生产中所能达到的精度已成为测量界关注的焦点。因为RTK测量以基准站为中心呈放放射状,以支导线形式分布所测的点,且测量的时间一般为几个历元;所以也就没有静态GPS测量的同步环、异步环及基线向量的改正检核条件等等。

为了探求GPS-RTK测量的成果精度,结合实际情况,根据不同环境划分不同的区域来探讨RTK在不同环境条件观测的成果精度。

1　GPS-RTK的数据处理过程

GPS-RTK定位过程是基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站,流动站通过无线电接收基准站发射的信息,将载波相位观测值实时进行差分处理,得到基准站和流动站之间的坐标差ΔX、ΔY、ΔZ;坐标差加上基准站坐标得到流动站每一个点的W GS-84坐标,再通过坐标转换、高程拟合和投影改正,得出流动站每个点的平面坐标x、y和海拔高h,即可获得实时定位的结果。GPS-RTK数据处理流程见图1

。

图1　GPS-RTK数据处理流程示意图

Fig11　GPS-RTK data p r ocessing fl ow sketch map GPS-RTK的数据处理是基准站和流动站之间的单基线处理过程,采用基准站和流动站的载波相位观测值的差分组合载

・

1

4

・

3收稿日期:2005-03-17

波相位,将动态的流动站未知坐标作为随机的未知参数,载波相位的整周模糊度作为非随机的未知参数。根据两者的差分公式:

(X i -X u )2+(Y i -Y u )2+(Z i -Z u )2+Δd

ρ(1)

由(1)式可得:基准站和流动站同时观测相同的4颗卫星

才能算出用户坐标(X u 、Y u 、Z u )和同一观测历元的各项残差Δd ρ。

2　测量方法

RTK 测量首先应利用3

个或3个以上点的W GS -84坐标

来计算测区各项转换参数,转换参数直接关系到测量成果的准确性,因此,选择的点最好应该包括被测区域范围(如图2),同时计算应认真仔细。

图2　转换参数被选择的点示意图

Fig 12　The conversi on para meter choosed points of order the sketch map

基准站的的选择应在视野开阔、远离强电磁波发射源,便于接收机接收卫星信号并能方便地将此信息发送给移动站,且架在精度较高点上。

3　数据采集和分析

在所选区域的点平面用静态GPS 观测或全站仪观测,高程采用几何水准观测,得到1组观测数据X 、Y 、h;再在该布设的点用GPS -RTK 进行观测,通过与原测成果进行比较,然后分析其观测精度。共分开阔地带区域、建筑区域、水域区域、树林隐蔽

处区域进行实验。

3.1　测量区域的选择与确定

1)开阔地带区域应满足以下要求①周围便于安置接收设备和操作,视野开阔,视场内障碍物高度角不宜超过15°;

②远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站等),远离高压输电线和无线电信号传送通道;

③附近不应有强烈卫星信号的物件(如大型建筑物);④选站时应尽可能使测站附近的小环境(地形、地貌、植被等)与周围的大环境保持一致。

2)建筑密集区域

主要是指城镇建成区的街道、楼群和散列式的居民区。此次选择在武汉汉口和汉阳的街道、楼群和散列式的居民区为区域。

3)水域区域

主要是为了验证在成片水田、湖泊、鱼塘和库区区域采用GPS -RTK 观测的精度。

4)树林隐蔽处和有障碍物区域

主要是指在树林隐蔽处和障碍物以及其他有干扰等地方进行GPS -RTK 观测时所产生的影响。3.2　数据采集

用Leica GPS500开始测量前在不同区域分别用各自高等级控制点七参数法(经典三维法)配置参数,以便统一坐标系统进行点位精度验证。

其中用RTK 在障碍物或干扰物区域采集8个点,各点的位置包括有杂波、树底下、电网底下、高压输电线下面和发射塔附近情况,各区域采集点个数和点的成果与采用其他方法测量的点成果(平面精度一级导线以上、高程精度四等水准)比较的差值情况见表1。

表1　各区域采集点的成果差值比较精度统计表

Tab 11　Comparis on and analysis of different values of the results of collecting points in districts

类别点数

Δ≤20mm

20mm <Δ≤50mm 50mm <Δ≤100mm 100mm <Δ≤200mm Δ>200mm

开阔地平面613557.4%2541.0%1 1.6%0000带区域高程614573.8%1118.0%3 4.9%2 3.3%00建筑密平面351954.3%1440.0%2 5.7%0000集区域高程351954.3%1028.6%1 2.9%514.3%00水域平面551120.0%2036.4%2443.6%0000区域高程550000916.4%4378.2%3 5.4%障碍干平面8000000112.5%787.5%扰区域

高程

8

2

25.0%

1

12.5%

5

62.5%

3.3　数据分析

从表1中误差分布可以分析得出以下结果:

开阔地带区域所观测到的数据,其平面精度均在5c m 以下。由此可见在这样的区域采用RTK 平面观测完全能满足等级以下的控制测量和1∶500以上的各种比例尺的测图以及同类精度的其他测量工程。在开阔区域所观测到的数据,其高程的观测误差绝大部分在5c m 以下,只有极少数在5c m ～20c m 之

间,因此在这样的区域采用RTK 所获得的高程能满足图根级测量和1∶500以上的各种比例尺的测图以及同类精度的其他测量工程。

在建筑物密集区,即在其观测点周围三方或四周均有建筑物,但只要这些建筑物所形成的高度角α≈arctg ((h -i )/s )≤

15°

(其中h 表示建筑物的高度,i 表示观测点仪器高,s 表示建筑物离观测点的水平距离)时,对所观测到的数据误差大部分

・24・地矿测绘　　　第22卷

在5c m 以下,只有极少数在5c m ～10c m 之间,故在这种情况下所观测到的平面数据真实可靠,在这样的区域利用RTK 可进行1∶500以上的各种比例尺的测图以及同类精度的其他测量工程。对四周有高大建筑物,并且其α≈arctg ((h -i )/s )≥15°,此时一部分观测点因为卫星失锁无法获得数据,即使能获得数据但误差大部分在20c m,有的甚至达到2m 之多,对这组数据出现的误差随机性比较大,不可靠。对所观测的数据成果不能使用。高程在建筑物密集区同样分两种情况,即在其观测点周围三方或四周均有建筑物,但其建筑物所形成的高度角α≈arctg ((h -i )/s )≤15°时,其高程误差大部分在5c m 以下,只有少数在5c m ～10c m 和10c m ～20c m 之间,故在这种观测条件下,采用RTK 观测的高程适用于图根级测量和1∶500以上的各种比例尺的测图以及同类精度的其他测量工程。而对四周均是高大建筑物,并且其α≈arctg ((h -i )/s )≥15°的情况下所观测的高程,其误差大部分在20c m 以上,最大达到3m 以上,故此时所获得的高程数据不可靠。

在水域范围内,本次所选择的水域是一片水塘,其观测点位选在水塘之间的塘堤上,离水面的高度一般在1.5m ～2.0m 之间,得到其数据误差均在10c m 以下,其中有56.4%在5c m 以下,而43.6%的在5c m ～10cm 之间,当然这组数据的误差并不完全是由于水面所产生的多路径效应引起的,从误差分布情况看仍然适用于1∶500以上的各种比例尺的测图以及同类精度的其他测量工程。对于在水域范围内所观测的高程误差大部分在20c m 以下,只有极少数在20c m ～30cm,所以在这样的区域

适用于1∶1000以上的各种比例尺的测图以及同类精度的其他测量工程。

在有干扰物的区域,即在高压输电线下、无线电信号传送通道、大功率无线电发射源(如电视台、微波站等)等区域,从表1可以看到一般出现卫星失锁或初始化不成功,有的观测点即使能获得数据但误差较大,在这种情况下所获得的数据不可靠,所预测的数据成果也不能使用。

4　结束语

实践证明,RTK 测量在开阔区域、建筑区域、水域区域中平面精度均能满足一二级导线的精度要求,而高程精度则应采用适当方法加以改正才能满足其精度要求,改正后一般可以满足等外水准的要求。在使用RTK 测量地形、地貌时,根据不同的比例尺,可以灵活的在RTK 中适当调整碎部点的允许误差来测图。在障碍物较多或干扰比较严重的地方,可以利用RTK 加全站仪测量来弥补RTK 在这些区域的不足,这将极大的提高作业速度和生产效率。

[参　考　文　献]

[1]　李仕东.公路工程测量员必读[M ].北京:人民交通出版社,2004.[2]　丁文利,等.动态GPS (RTK )测量的精度分析[J ].地矿测绘,

2004,20(2):16～17.

[3]　刘基余.GPS 卫星导航定位原理与方法[M ].北京:科学出版社,

2003.

(上接第18页

)

图4　系统主界面图

Fig 14　Syste m main interface

figure 图5　可比实例的选取

Fig 15　Extracting of comparable exa mp le

4　结束语

在GI S 技术支持下的房地产估价信息系统虽然不可能完全

取代房地产估价师的经验和艺术,但可以预见GI S 技术在房地产估价业务中的应用将全面提高估价行业的效率、水平和质量,为房地产估价业提供全新的信息化估价手段,促进房地产估价行业的健康、持续和快速发展。

[参　考　文　献]

[1]　R ichard M.Betts,Silas J.Ely[美]著,董俊英译.不动产评估基础

[M ].北京:经济科学出版社,2002:59～84.

[2]　胡鹏,黄杏元,华一新.地理信息系统教程[M ].武汉:武汉大学出

版社,2002:158～201.

[3]　宋伟,吴建国.中文V isual Basic 6.0高级编程[M ].北京:清华大

学出版社,1999:262～275.[4]　刘光.地理信息系统二次开发教程———组件篇[M ].北京:清华大

学出版社,2003:260～379.

作者简介:王森林(1979年～),男,浙江衢州人,硕士研究

生,大地测量学与测量工程专业,主要研究方向:GI S 在房地产估价(土地)中的应用。

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34・第1期王亚毛:在不同区域内进行GPS -RTK 测量的精度探讨