QC小組--GPS-RTK應(yīng)用于控制測量的質(zhì)量控制

1、qc成果資料gps-rtk應(yīng)用于控制測量的質(zhì)量控制湖北省鄂東南基礎(chǔ)工程公司測繪隊(duì)qc小組 二00五年五月gps-rtk應(yīng)用于控制測量的質(zhì)量控制1概述傳統(tǒng)的gps靜態(tài)定位技術(shù)是用至少兩臺套gps接受機(jī)在兩個或更多 的測站上通過足夠的觀測時(shí)間（約1小時(shí)）同步跟蹤相同的一組衛(wèi)星信 號，然后經(jīng)軟件處理，得出未知點(diǎn)的三維坐標(biāo)。近年發(fā)展起來并逐步 推廣的gps載波相位動態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)（rtk）是gps定位技術(shù)發(fā)展的一 次重大突破，它的基本工作原理是將接gps收機(jī)設(shè)置為參考站和流動 站，參考站和流動站同時(shí)觀測相同的衛(wèi)星信號，參考站的衛(wèi)星觀測數(shù) 據(jù)和已知信息通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)是發(fā)送到流動站，流動站利用兩臺接收機(jī) 的

2、同步觀測值和參考站已知信息，快速求解整周模糊度并在機(jī)處理， 實(shí)時(shí)解算出流動站的厘米級三維坐標(biāo)。其核心技術(shù)就是流動站能夠快 速地利用有效的rtk算法通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)正確地求解整周模糊度，目前市 場上主流的rtk設(shè)備其標(biāo)稱可靠性一般在99%以上。（在理想的外部條 件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）。2選題理由我隊(duì)自2003年7月以來共引進(jìn)rtk型gps接收機(jī)3臺套，應(yīng)用于城 市或工程控制網(wǎng)中以其精度好、工效高、布網(wǎng)靈活、即測即得、易學(xué) 易會等諸優(yōu)點(diǎn)受到作業(yè)人員的歡迎。目前已有相當(dāng)多的測繪單位陸續(xù) 購置了不同型號的gps rtk高精度設(shè)備，但該作業(yè)方法目前還未有固 定的規(guī)程或規(guī)范可循。如前所述，由于rtk技術(shù)存在一定缺

3、陷，如果不采用有效的作業(yè)方法，加之實(shí)際作業(yè)中如果坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換 網(wǎng)形設(shè)計(jì)欠佳，參考站位置設(shè)置不合理、流動站作業(yè)隨意等，那么rtk 作業(yè)就不一定能達(dá)到100%的可靠和理想的精度指標(biāo)。我隊(duì)2003年9月 首次用rtk按單次觀測方法施測的尹家湖測區(qū)圖根控制點(diǎn)104點(diǎn)，后 經(jīng)重復(fù)觀測檢驗(yàn)，有4點(diǎn)存在粗差，占總點(diǎn)數(shù)的3. 8%,情況見表1。表1:尹家湖測區(qū)圖根控制點(diǎn)粗差統(tǒng)計(jì)點(diǎn)名rtk成果檢測成果 s (m) h (m)xi (m)y1 (m)hl (m)x2 (m)y2 (m)h2 (m)e213333012. 669499217. 75731.9093333012.663499217.73731.985

4、0. 021-0. 077e523332576.598499384. 36223. 1453332576.439499384. 35523. 1710. 159-0. 026e643333160. 120498854. 26225.1433333160. 192498854.16925.1090. 1180. 035e933332590.757499409. 31923. 3653332590. 783499409. 31523. 4780. 026-0. 113表1表明用rtk采用單次測量的方法無法保證觀測成果的精度和可靠 性。3課題組成員情況及目標(biāo)本qc小組成立于2004年3月，小組名稱：

5、gps-rtk應(yīng)用于控制測 量的質(zhì)量控制qc小組；小組類型：實(shí)用型?，F(xiàn)有4人，均受過tqc理 論知識培訓(xùn)。課題組成員見表2表2：課題組成員情況姓名性別年齡職務(wù)職稱小組職務(wù)組內(nèi)分工李杰男38隊(duì)長、技術(shù)負(fù)責(zé)測繪工程師組長全面負(fù)責(zé)陳東林男33副隊(duì)長測繪工程師副組長設(shè)計(jì)方案組織實(shí)施周超波男26項(xiàng)目負(fù)責(zé)測繪助工成員生產(chǎn)操作胡衛(wèi)橋男33測量員高級工成員生產(chǎn)操作本課題組的目標(biāo)旨在運(yùn)用tqc方法，通過理論學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)踐，分析 和總結(jié)影響gps-rtk應(yīng)用于控制測量的可靠性、精度的各項(xiàng)因素，摸 索出一套可靠、實(shí)用gps-rtk作業(yè)方法。4影響gps-rtk可靠性、精度的各項(xiàng)因素(1) 理論缺陷rrk的流動站無法

6、保證解算整周模糊度百分之 百正確；(2) 衛(wèi)星圖形強(qiáng)度因子pdop的影響rtk作業(yè)過程中，某些流動站處在有遮擋或附近有水面、建筑物的多路徑干擾或有 高壓線的影響，這一誤差源勢必給gps-rtk的觀測成果帶 來不同程度的影響；(3) 數(shù)據(jù)鏈的影響 如果參考站布設(shè)的位置不佳或者流動站離 開參考站較遠(yuǎn)，則流動站往往不能連續(xù)收到參考站的數(shù)據(jù) 鏈；(4) 坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的精確性gps得到的觀測成果是wgs-84坐 標(biāo)系坐標(biāo)，而城市或工程測量一般采用地方坐標(biāo)系，由于 兩個系統(tǒng)參考的橢球參數(shù)不同，它們所對應(yīng)的空間直角坐 標(biāo)是不同的，在兩個坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換時(shí)，由于地方坐標(biāo)系 下控制點(diǎn)的誤差、控制點(diǎn)分布狀況不甚理想

7、、或者采用了 不恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換方法，往往造成坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換存在較大的殘 差。(5) 參考站、流動站的對中及高度量測誤差 此項(xiàng)誤差與常規(guī) 的測量儀器對中誤差相同，特別是若參考站存在較大的對 中誤差，則對所有流動站均存在系統(tǒng)影響。影響gps-rtk可靠性、精度的因素分析圖:流動站整 周模糊度 求解無法 100%正確理論缺陷有遮擋物水面、建筑物多路徑干擾1高壓線、無線電發(fā)射源干擾w不嚴(yán)格人對中不嚴(yán)寤 為因量高不精確 素影 響 rt參考站架設(shè)太低流動站距參考站太遠(yuǎn)數(shù)據(jù)鏈電臺電源不穩(wěn)定地方控制點(diǎn)精度不高地方控制點(diǎn)分布不理想坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方法不當(dāng)f坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換k精度及可靠性因素5對策在分析原因的基礎(chǔ)上，我們針對主

8、次原因討論制定了對策，見表3表3:提高gps-rtk應(yīng)用與控制測量的可靠性及精度對策表序號原因項(xiàng)目要素現(xiàn)狀確認(rèn)達(dá)到目標(biāo)采取措施1次 要 原 因理論缺陷我隊(duì)購進(jìn)的gps 儀器（leica sr530 ）是市場上 的高端產(chǎn)品，各 項(xiàng)性能優(yōu)良，可 靠性和穩(wěn)定性均 較好測量成果可靠性達(dá)到100%1）采用按不同參考站、不同 時(shí)段等精度雙觀測的方法，根 據(jù)不同的控制等級設(shè)置限差， 若兩次獨(dú)立觀測值小于限差， 則取其中數(shù)為最終成果，否則 應(yīng)重新獨(dú)立觀測，直至滿足上 述條件；23主要 原 因衛(wèi)星圖形強(qiáng)度因子pdop受時(shí)間、地點(diǎn)影響有效的的時(shí)間 段內(nèi)觀測，控制 點(diǎn)選點(diǎn)時(shí)充分 考慮該項(xiàng)因素 的影響2）控制選點(diǎn)時(shí)考

9、慮到點(diǎn)位高 度角10。以上應(yīng)盡可能少有 障礙物，避開高壓輸電線和無 線電發(fā)射源，盡可能避開大片 水域；3）參考星歷預(yù)報(bào)，在pdop最 佳的時(shí)間段內(nèi)去觀測無法滿 足上述條件的那些困難點(diǎn)；采取措施1 ）數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)艿攸c(diǎn)、距離影響參考站和流動站實(shí)現(xiàn)有效數(shù)據(jù)傳輸4）參考站盡量架設(shè)在測區(qū)中 央，盡量選在地勢較高的山上 或房頂；5 ）保證電臺電源的穩(wěn)定；6）流動站點(diǎn)位除滿足條件2） 外應(yīng)盡可能靠近參考站，兩者 距離一般應(yīng)小于10公里；采取措施1 ）續(xù)表3:提高gps-rtk應(yīng)用與控制測量的可靠性及精度對策表序號原因項(xiàng)目要素現(xiàn)狀確認(rèn)達(dá)到目標(biāo)采取措施45主要 原 因坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換受地方控制點(diǎn)的 精度及分布狀況 影響

10、采用最合理的 轉(zhuǎn)換方法建立 最佳的轉(zhuǎn)換模 型7）加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，熟悉常用 的轉(zhuǎn)換方法的步驟、優(yōu)缺點(diǎn)并 靈活運(yùn)用；8）系統(tǒng)間平面重合點(diǎn)的個數(shù) 一般不少于3個并足以控制 整個測區(qū)，高程重合點(diǎn)應(yīng)盡可 能多并盡量均勻分布于測區(qū)； 采取措施1 ）參考站、流動 站的對中誤差通過認(rèn)真細(xì)致的 作業(yè)，該項(xiàng)誤差 一般能得到有效 控制參考站對中誤 差小于1mm,流 動站對中誤差 小于5 mm,參考 站、流動站高度 量測誤差小于2 mm9）通過經(jīng)常性的學(xué)習(xí)，提高 職工的質(zhì)量意識，增強(qiáng)責(zé)任 感，使每一個作業(yè)員認(rèn)真細(xì)致 地作業(yè)。采取措施1 ）由上表可以看出，在盡量滿足基本條件2） 9）的情況下，采用按不同參考站、不同時(shí)段等

11、精度雙觀測的方法是保證gps-rtk可靠性 和精度的關(guān)鍵。6生產(chǎn)實(shí)例我隊(duì)2005年4月承攬的黃石山南圣明路測區(qū)第1標(biāo)段的1： 1000 地形測量任務(wù)，采用按不同參考站、不同時(shí)段等精度雙觀測的方法布 測圖根點(diǎn)132點(diǎn)，圖根選點(diǎn)時(shí)充分考慮上述不利因素，用以建立坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的地方控制點(diǎn)亦采用gps-rtk及四等水準(zhǔn)方法確定，平面控 制點(diǎn)及高程控制點(diǎn)均勻分布于測區(qū)，采用經(jīng)典三維法作坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換效果較好，其殘差分布情況見表4。在132對雙觀測值中，僅有3 對觀測值的高程較差超限，該3點(diǎn)均在村莊內(nèi)，障礙較為嚴(yán)重，在選擇恰當(dāng)?shù)挠^測時(shí)段重新觀測后，取得了正確的成果。利用雙觀測值的較差算得的本次圖根點(diǎn)

12、的平面點(diǎn)位中誤差為土 0. 008m，高程中誤差為± 0.012m,說明本次rtk作業(yè)成果不但可靠、而且數(shù)學(xué)精度極高，完全滿足城市測量規(guī)范規(guī)對圖根控制點(diǎn)精度要求。表4：黃石山南圣明路測區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換殘差分布情況wgs-84坐標(biāo)系黃石坐標(biāo)系b點(diǎn)類型dy mdx mdh mgpse01gpse01平面+高程-0. 0010 m0. 0074 m0. 0029 mgpse04gpse04平面+高程0. 0041 m0. 0017 m-0. 0025 mgpse07gpse07平面+高程0. 0017 m-0. 0021 m0. 0052 mgpse13gpse13平面+高程-0. 0047

13、 m-0. 0008 m_0. 0020 mgpse14gpse14平面+高程-0. 0016 m0. 0016 m-0. 0050 mgpse15gpse15平面+高程0. 0059 m-0. 0025 m-0. 0028 mgpse17gpse17平面+高程0. 0021 m-0. 0002 m-0. 0012 mgpse19gpse19平面+高程-0. 0048 m-0. 0002 m-0. 0054 mgpse22gpse22平面+高程-0. 0030 m-0. 0015 m0. 0050 mgpse24gpse24平面+高程0. 0013 m-0. 0023 m0. 0026 mgp

14、se26gpse26平面+高程-0. 0001 m-0. 0012 m0. 0032 m7.小結(jié)(1 ) gps-rtk測量系統(tǒng)是gps衛(wèi)星定位與數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合而構(gòu)成 的組合系統(tǒng)，該技術(shù)完全可用于城市或工程控制測量，它的應(yīng)用可以 不需按傳統(tǒng)逐級布網(wǎng)進(jìn)行控制測量。一個測區(qū)只需先布設(shè)基準(zhǔn)站點(diǎn)， 其作用距離一般在10km以內(nèi);基準(zhǔn)點(diǎn)最好選在地勢較高或建筑物頂上, 周圍沒有無線電干擾源，對天空通視良好。然后根據(jù)工程的需要可直 接施測控制點(diǎn)，乃至圖根點(diǎn)或放樣點(diǎn)；它不受圖形條件的限制，只要 對天空通視良好，能順利接收基站發(fā)來的差分信號，基本上可做到任 意設(shè)站，測量的點(diǎn)位誤差相互不傳遞，不積累，點(diǎn)位誤差均勻

15、，不存 在最弱點(diǎn)的問題。(2) 實(shí)踐證明快速gps- rtk實(shí)測的點(diǎn)位精度可以達(dá)到土 2 cm,優(yōu) 于常規(guī)的測距導(dǎo)線精度；其成果是實(shí)時(shí)的，不需后處理，適合實(shí)時(shí)放 樣工程的需要；rtk定位以其其觀測時(shí)間短，不需數(shù)據(jù)后處理給工作帶 來高效益，初步統(tǒng)計(jì)可提高工效4倍。另外，rtk技術(shù)易學(xué)、易懂、隨 機(jī)軟件的功能也十分強(qiáng)大，對缺乏常規(guī)測繪知識的人員工作十分方便。(3) 單點(diǎn)快速rtk定位由于受衛(wèi)星信號、接收機(jī)狀態(tài)、各種周干擾源及操作的偶然影響會出現(xiàn)失真，使其成果不可能100%的可 靠。選擇不同基站、不同時(shí)段的二次獨(dú)立觀測值作為檢核條件是保證 成果可靠性和提高精度的有效方法，今后也可采用其它的校核方法, 但必須檢核。(4) 流動站的rtk天線采用腳架置放，也可用手扶或竹桿支撐， 但其定位精度有明顯差別?？梢愿鶕?jù)要求的精度，采取相應(yīng)技術(shù)措施。(5)