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RTK測(cè)量中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題
發(fā)布者：沈陽(yáng)精測(cè)鴻圖儀器設(shè)備有限公司發(fā)表時(shí)間：2018-07-26
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解
在GPS靜態(tài)測(cè)量中，不同坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是在數(shù)據(jù)后處理時(shí)進(jìn)行的。而對(duì)于RTK測(cè)量，要求實(shí)時(shí)得出待測(cè)點(diǎn)在實(shí)用坐標(biāo)系（1980西安坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系等）中的坐標(biāo)，因此，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題就顯得尤為重要。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法，一般是在RTK作業(yè)前首先在測(cè)區(qū)做一定數(shù)量的靜態(tài)GPS控制點(diǎn)，與地方坐標(biāo)系的控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，以同時(shí)獲取GPS點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)，然后利用后處理軟件或GPS控制器內(nèi)置的實(shí)時(shí)處理軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。如果測(cè)區(qū)內(nèi)的已知控制點(diǎn)已經(jīng)具有地方坐標(biāo)系坐標(biāo)和WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)，則可直接利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)所使用的已知控制點(diǎn)（通常稱為基準(zhǔn)點(diǎn)）的精度、密度及分布狀況對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解質(zhì)量有著直接影響。因此，所選定的基準(zhǔn)點(diǎn)要求精度要高，并且應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)周圍�；鶞�(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量視測(cè)區(qū)的大小一般取3～6點(diǎn)為宜。一般地，在求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，應(yīng)采取不同基準(zhǔn)點(diǎn)的匹配方案，用不同的計(jì)算方法求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，經(jīng)比較后選擇殘差較小、精度較高的一組參數(shù)使用。
由于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解精度與已知點(diǎn)兩套坐標(biāo)的精度和區(qū)域內(nèi)點(diǎn)位的分布有關(guān)，因此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)是有區(qū)域性的，它僅適用于已知點(diǎn)所圈定的區(qū)域和臨近地區(qū)，其外推精度明顯低于內(nèi)插精度。因此，在一個(gè)測(cè)區(qū)求解的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)不能直接應(yīng)用到其它測(cè)區(qū)。
基準(zhǔn)站的設(shè)置
GPS衛(wèi)星處在兩萬(wàn)多公里的高空，從衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)到接收機(jī)接收，中間要經(jīng)過(guò)電離層、對(duì)流層以及來(lái)自多方面的干擾，其信號(hào)一般十分微弱，通常只有-50～-180dB。同時(shí)，由于RTK數(shù)據(jù)鏈采用超高頻（UHF）電磁波，它的傳輸距離與接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素有關(guān)。因此，要提高GPS信號(hào)接收的質(zhì)量，基準(zhǔn)站必須遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源（如微波站、尋呼臺(tái)發(fā)射塔、變電站、高壓線、電視臺(tái)等）；同時(shí)，為了減少多路徑效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)無(wú)明顯的大面積的信號(hào)反射物（如大面積積水域、大型建筑物等）；另外，要求基準(zhǔn)站電臺(tái)天線和移動(dòng)站天線之間無(wú)大的遮擋物（如高層建筑物、高山等），且天線盡量設(shè)置高一些，以提高電臺(tái)信號(hào)的傳輸距離。
作業(yè)半徑的限制
移動(dòng)站離開(kāi)基準(zhǔn)站的最大距離稱作RTK的作業(yè)半徑，它的大小取決于基準(zhǔn)站電臺(tái)信號(hào)的傳輸距離，且對(duì)RTK測(cè)量的速度和精度有著直接影響。
目前，常用的單、雙頻RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)多為美國(guó)PPC公司的35W（基準(zhǔn)站）和2W（移動(dòng)站）電臺(tái)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩山頂之間能夠通視時(shí)，移動(dòng)站距基準(zhǔn)站47km時(shí)，也可收到差分信號(hào)。但是，在城鎮(zhèn)作業(yè)時(shí)，如果兩點(diǎn)之間有較高的房屋遮擋，即使相距1km也很難進(jìn)行RTK測(cè)量。
近年來(lái)，隨著GPS技術(shù)的不斷完善，儀器制造商競(jìng)相采用先進(jìn)技術(shù)，有效地?cái)U(kuò)大了RTK的作業(yè)范圍。如果在建筑物或樹(shù)木比較多的地區(qū)作業(yè)，移動(dòng)站接收電臺(tái)信號(hào)會(huì)比較弱且容易失鎖，而且高程精度較差。因此，RTK的作業(yè)半徑控制在10km以內(nèi)為宜。當(dāng)信號(hào)受影響嚴(yán)重時(shí)，還應(yīng)進(jìn)一步縮短作業(yè)半徑，以提高RTK測(cè)量的精度和速度。
測(cè)量中的一般要求
為了保證RTK測(cè)量的精度、速度（初始化時(shí)間）和可靠性，除了正確求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、合理設(shè)置基準(zhǔn)站和限制作業(yè)半徑外，在RTK測(cè)量中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）觀測(cè)衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度要高。在進(jìn)行坐標(biāo)解算時(shí)，所采用的衛(wèi)星數(shù)越多，分布越均勻，則PDOP值越大，RTK的精確性和可靠性越高，且初始化的時(shí)間也越短。因此，一般情況下，在接收衛(wèi)星數(shù)保持5顆以上，且PDOP<6時(shí)，才能進(jìn)行RTK測(cè)量。
�。�2）作業(yè)員的責(zé)任心要強(qiáng)。作業(yè)員的專業(yè)水平、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心對(duì)RTK成果的精確性和可靠性有著嚴(yán)重的影響。作業(yè)時(shí)，接收機(jī)的對(duì)中、整平、天線高的量取及輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)及天線高等數(shù)據(jù)的任何誤差，都將影響RTK測(cè)量的全部坐標(biāo)。因此，要求作業(yè)員必須具有強(qiáng)烈的責(zé)任心，認(rèn)真嚴(yán)格地按規(guī)程操作。另外，對(duì)儀器基座和測(cè)桿上的水準(zhǔn)器等必須定期嚴(yán)格校正，以避免系統(tǒng)誤差的影響。
（3）觀測(cè)成果要注意復(fù)核。RTK測(cè)量具有顯著的實(shí)時(shí)、快捷等優(yōu)點(diǎn)，但其初始化（整周模糊值）的置信度通常為95%～99%，且作業(yè)中缺乏檢核條件，個(gè)別點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)粗差。因此，為了保證RTK的實(shí)測(cè)精度和可靠性，作業(yè)中必須注重成果的復(fù)核。成果的復(fù)核分為作業(yè)前復(fù)核和作業(yè)中復(fù)核。作業(yè)前復(fù)核是指在RTK作業(yè)前，先在已知點(diǎn)上檢測(cè)，新測(cè)坐標(biāo)與已知坐標(biāo)較差符合要求后，才能進(jìn)行RTK測(cè)量；作業(yè)中復(fù)核一般是指在作業(yè)中采用不同起算點(diǎn)測(cè)定部分重合點(diǎn)，或在同一點(diǎn)上采用兩次觀測(cè)法（失鎖或關(guān)機(jī)）觀測(cè)。
（4）用RTK方法進(jìn)行控制測(cè)量時(shí)，應(yīng)采取一定的措施保證測(cè)量精度�，F(xiàn)行測(cè)量規(guī)范（如《城市測(cè)量范圍》、《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》等）規(guī)定一、二級(jí)導(dǎo)線的點(diǎn)位中誤差（相當(dāng)于起算點(diǎn)）不大于±5cm，而常用GPS接收機(jī)RTK測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)精度為1cm+1ppm，所以，一、二級(jí)導(dǎo)線控制點(diǎn)完全可以采用RTK方法施測(cè)。
使用RTK方法測(cè)定的坐標(biāo)可以是觀測(cè)一個(gè)歷元的結(jié)果，也可以是幾個(gè)歷元的平均值。對(duì)于純動(dòng)態(tài)定位而言，只能取一個(gè)歷元的觀測(cè)值；在一般的RTK測(cè)量中，通常是取幾個(gè)歷元的平均值，以消除偶然噪聲，提高定位精度。當(dāng)用RTK方法進(jìn)行控制測(cè)量時(shí)，為了保證測(cè)量成果的精確、可靠，宜采用多歷元的觀測(cè)結(jié)果；同時(shí)，觀測(cè)時(shí)應(yīng)使用三腳架固定移動(dòng)站的天線，進(jìn)行嚴(yán)格的對(duì)中、整平，并遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源和大面積的信號(hào)反射物。
隨著RTK技術(shù)的不斷完善，RTK測(cè)量的初始化速度、成果精度及可靠性會(huì)越來(lái)越高。但是由于受衛(wèi)星信號(hào)、接收機(jī)狀態(tài)、測(cè)站周圍環(huán)境及儀器操作的影響，RTK定位有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失真，其成果不可能百分之百的可靠。因此，在作業(yè)中，我們要根據(jù)RTK技術(shù)的特點(diǎn)及測(cè)區(qū)狀況，采取有效措施，嚴(yán)格按操作規(guī)程作業(yè)，并加強(qiáng)成果的復(fù)核，以確保RTK成果的精確性和可靠性。
在GPS靜態(tài)測(cè)量中，不同坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是在數(shù)據(jù)后處理時(shí)進(jìn)行的。而對(duì)于RTK測(cè)量，要求實(shí)時(shí)得出待測(cè)點(diǎn)在實(shí)用坐標(biāo)系（1980西安坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系等）中的坐標(biāo)，因此，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題就顯得尤為重要。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法，一般是在RTK作業(yè)前首先在測(cè)區(qū)做一定數(shù)量的靜態(tài)GPS控制點(diǎn)，與地方坐標(biāo)系的控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，以同時(shí)獲取GPS點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)，然后利用后處理軟件或GPS控制器內(nèi)置的實(shí)時(shí)處理軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。如果測(cè)區(qū)內(nèi)的已知控制點(diǎn)已經(jīng)具有地方坐標(biāo)系坐標(biāo)和WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)，則可直接利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)所使用的已知控制點(diǎn)（通常稱為基準(zhǔn)點(diǎn)）的精度、密度及分布狀況對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解質(zhì)量有著直接影響。因此，所選定的基準(zhǔn)點(diǎn)要求精度要高，并且應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)周圍�；鶞�(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量視測(cè)區(qū)的大小一般取3～6點(diǎn)為宜。一般地，在求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，應(yīng)采取不同基準(zhǔn)點(diǎn)的匹配方案，用不同的計(jì)算方法求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，經(jīng)比較后選擇殘差較小、精度較高的一組參數(shù)使用。
由于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解精度與已知點(diǎn)兩套坐標(biāo)的精度和區(qū)域內(nèi)點(diǎn)位的分布有關(guān)，因此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)是有區(qū)域性的，它僅適用于已知點(diǎn)所圈定的區(qū)域和臨近地區(qū)，其外推精度明顯低于內(nèi)插精度。因此，在一個(gè)測(cè)區(qū)求解的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)不能直接應(yīng)用到其它測(cè)區(qū)。
基準(zhǔn)站的設(shè)置
GPS衛(wèi)星處在兩萬(wàn)多公里的高空，從衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)到接收機(jī)接收，中間要經(jīng)過(guò)電離層、對(duì)流層以及來(lái)自多方面的干擾，其信號(hào)一般十分微弱，通常只有-50～-180dB。同時(shí)，由于RTK數(shù)據(jù)鏈采用超高頻（UHF）電磁波，它的傳輸距離與接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素有關(guān)。因此，要提高GPS信號(hào)接收的質(zhì)量，基準(zhǔn)站必須遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源（如微波站、尋呼臺(tái)發(fā)射塔、變電站、高壓線、電視臺(tái)等）；同時(shí)，為了減少多路徑效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)無(wú)明顯的大面積的信號(hào)反射物（如大面積積水域、大型建筑物等）；另外，要求基準(zhǔn)站電臺(tái)天線和移動(dòng)站天線之間無(wú)大的遮擋物（如高層建筑物、高山等），且天線盡量設(shè)置高一些，以提高電臺(tái)信號(hào)的傳輸距離。
作業(yè)半徑的限制
移動(dòng)站離開(kāi)基準(zhǔn)站的最大距離稱作RTK的作業(yè)半徑，它的大小取決于基準(zhǔn)站電臺(tái)信號(hào)的傳輸距離，且對(duì)RTK測(cè)量的速度和精度有著直接影響。
目前，常用的單、雙頻RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)多為美國(guó)PPC公司的35W（基準(zhǔn)站）和2W（移動(dòng)站）電臺(tái)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)兩山頂之間能夠通視時(shí)，移動(dòng)站距基準(zhǔn)站47km時(shí)，也可收到差分信號(hào)。但是，在城鎮(zhèn)作業(yè)時(shí)，如果兩點(diǎn)之間有較高的房屋遮擋，即使相距1km也很難進(jìn)行RTK測(cè)量。
近年來(lái)，隨著GPS技術(shù)的不斷完善，儀器制造商競(jìng)相采用先進(jìn)技術(shù)，有效地?cái)U(kuò)大了RTK的作業(yè)范圍。如果在建筑物或樹(shù)木比較多的地區(qū)作業(yè)，移動(dòng)站接收電臺(tái)信號(hào)會(huì)比較弱且容易失鎖，而且高程精度較差。因此，RTK的作業(yè)半徑控制在10km以內(nèi)為宜。當(dāng)信號(hào)受影響嚴(yán)重時(shí)，還應(yīng)進(jìn)一步縮短作業(yè)半徑，以提高RTK測(cè)量的精度和速度。
測(cè)量中的一般要求
為了保證RTK測(cè)量的精度、速度（初始化時(shí)間）和可靠性，除了正確求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、合理設(shè)置基準(zhǔn)站和限制作業(yè)半徑外，在RTK測(cè)量中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）觀測(cè)衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度要高。在進(jìn)行坐標(biāo)解算時(shí)，所采用的衛(wèi)星數(shù)越多，分布越均勻，則PDOP值越大，RTK的精確性和可靠性越高，且初始化的時(shí)間也越短。因此，一般情況下，在接收衛(wèi)星數(shù)保持5顆以上，且PDOP<6時(shí)，才能進(jìn)行RTK測(cè)量。
�。�2）作業(yè)員的責(zé)任心要強(qiáng)。作業(yè)員的專業(yè)水平、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心對(duì)RTK成果的精確性和可靠性有著嚴(yán)重的影響。作業(yè)時(shí)，接收機(jī)的對(duì)中、整平、天線高的量取及輸入已知點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)及天線高等數(shù)據(jù)的任何誤差，都將影響RTK測(cè)量的全部坐標(biāo)。因此，要求作業(yè)員必須具有強(qiáng)烈的責(zé)任心，認(rèn)真嚴(yán)格地按規(guī)程操作。另外，對(duì)儀器基座和測(cè)桿上的水準(zhǔn)器等必須定期嚴(yán)格校正，以避免系統(tǒng)誤差的影響。
（3）觀測(cè)成果要注意復(fù)核。RTK測(cè)量具有顯著的實(shí)時(shí)、快捷等優(yōu)點(diǎn)，但其初始化（整周模糊值）的置信度通常為95%～99%，且作業(yè)中缺乏檢核條件，個(gè)別點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)粗差。因此，為了保證RTK的實(shí)測(cè)精度和可靠性，作業(yè)中必須注重成果的復(fù)核。成果的復(fù)核分為作業(yè)前復(fù)核和作業(yè)中復(fù)核。作業(yè)前復(fù)核是指在RTK作業(yè)前，先在已知點(diǎn)上檢測(cè)，新測(cè)坐標(biāo)與已知坐標(biāo)較差符合要求后，才能進(jìn)行RTK測(cè)量；作業(yè)中復(fù)核一般是指在作業(yè)中采用不同起算點(diǎn)測(cè)定部分重合點(diǎn)，或在同一點(diǎn)上采用兩次觀測(cè)法（失鎖或關(guān)機(jī)）觀測(cè)。
（4）用RTK方法進(jìn)行控制測(cè)量時(shí)，應(yīng)采取一定的措施保證測(cè)量精度�，F(xiàn)行測(cè)量規(guī)范（如《城市測(cè)量范圍》、《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》等）規(guī)定一、二級(jí)導(dǎo)線的點(diǎn)位中誤差（相當(dāng)于起算點(diǎn)）不大于±5cm，而常用GPS接收機(jī)RTK測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)精度為1cm+1ppm，所以，一、二級(jí)導(dǎo)線控制點(diǎn)完全可以采用RTK方法施測(cè)。
使用RTK方法測(cè)定的坐標(biāo)可以是觀測(cè)一個(gè)歷元的結(jié)果，也可以是幾個(gè)歷元的平均值。對(duì)于純動(dòng)態(tài)定位而言，只能取一個(gè)歷元的觀測(cè)值；在一般的RTK測(cè)量中，通常是取幾個(gè)歷元的平均值，以消除偶然噪聲，提高定位精度。當(dāng)用RTK方法進(jìn)行控制測(cè)量時(shí)，為了保證測(cè)量成果的精確、可靠，宜采用多歷元的觀測(cè)結(jié)果；同時(shí)，觀測(cè)時(shí)應(yīng)使用三腳架固定移動(dòng)站的天線，進(jìn)行嚴(yán)格的對(duì)中、整平，并遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源和大面積的信號(hào)反射物。
隨著RTK技術(shù)的不斷完善，RTK測(cè)量的初始化速度、成果精度及可靠性會(huì)越來(lái)越高。但是由于受衛(wèi)星信號(hào)、接收機(jī)狀態(tài)、測(cè)站周圍環(huán)境及儀器操作的影響，RTK定位有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失真，其成果不可能百分之百的可靠。因此，在作業(yè)中，我們要根據(jù)RTK技術(shù)的特點(diǎn)及測(cè)區(qū)狀況，采取有效措施，嚴(yán)格按操作規(guī)程作業(yè)，并加強(qiáng)成果的復(fù)核，以確保RTK成果的精確性和可靠性。
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