基于RTK技术的上海房产测量应用

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摘 要：GPS网络RTK技术的优势就是克服了普通RTK测量中测站间距的限制,它的有效距离可以达到几十甚至上百公里,覆盖面广阔,但定位精度仍然可以达到厘米级,可靠性强.这也是CPS网络RTK技术能够很快发展的原因之一.房产平面控制测量是城市房产测量的工作之一.本文以网络RTK技术在房产平面控制测量中的应用为研究对象,详细分析了网络RTK技术在城市房产图控制测量的步骤,流程和方法并结合上海的具体案例进行了探讨.

关 键 词 ：实时动态技术 房产平面控制测量 GPS 工程案例

中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0033-02

1.GPS网络RTK测量技术

GPS网络RTK技术的基本原理就是：在一个较为广阔的区域均匀、稀疏的布设若干个（一般至少3个）固定观测站（称为基准站）,构成一个基准站网,并以这些基准站中的一个或多个为基准,计算和播发改正信息,对该地区内的卫星定位用户进行实时改正.

其原理借鉴了广域差分GPS（Wide Area DGPS,即WADGPS）和具有多个基准站的局域差分GPS（ Local Area DGPS,即LADGPS）的基本原理和方法.广域差分GPS采用误差分离技术,将GPS定位中的主要误差源分别加以“模型化’夕,把伪距误差分离为卫星星历误差、卫星钟差和电离层误差,并产生相应的改正数.用户利用广域差分改正数改正GPS伪距误差,以提高导航定位的精度.局域差分GPS（LADGPS）定位系统则向用户提供综合的DGPS改正信息―观测值改正,而不是提供单个误差源的改正.与广域差分GPS和局域差分GPS不同的是,GPS网络RTK技术通过内插法或线性组合法求得改正数,对载波相位进行改正,而非对伪距或位置进行改正.因为这三种类型的差分定位中,利用载波相位进行的差分定位精度最高.

2.GPS网络RTK系统的工作过程

网络RTK的产生,使动态GPS的外业工作的质量和效率得到了很大的提高.与传统的RTK相比,网络RTK不需要自己假设基准站,只需要通过无线网络登录控制中心,即可获得高精度的定位服务,操作简单快捷.

2.1 虚拟参考站的建立和初始化

在野外打开GPS接收机以后,通过G向控制中心（数据处理中心）发送流动站的概略坐标.控制中心在收到此信息后,通过分析,生成一个距流动站几米到十几米的虚拟参考站.此参考站向流动站发送固定格式的改正信息,流动站在接收到虚拟参考站发送来的改正信息后,在很短的时间内变可完成初始化.

2.2 网络RTK的数据采集

流动站完成初始化后,便可以进行数据的采集.此时,数据的采集方式跟常规RTK是一致的.只要流动站所在位置能同时观测到至少四颗以上的卫星,网络RTK就能正常工作以保证其精度.相对与常规RTK来讲,网络RTK不需要考虑其与基准站之间的距离,因为流动站与基准站之间并没有进行相互通信,流动站所获得的改正信息,是来自于控制中心.

2.3 数据的处理

网络RTK所采集的数据的处理方式与常规RTK所采集的数据的处理方式是一样的.将所测数据下载到电脑中,将数据转换成数据处理软件所需要的相应的格式.如CASS软件要求文件为（.dat）类型.对于Leica接收机来讲,在将数据导出到电脑之前,就应在手簿上讲测量数据进行转换,使其导出到电脑中的数据格式为（.txt）.然后可以直接将（.txt）文件转换成（.dat）文件.

3.网络RTK系统的作业模式

根据实际需要,实时动态测量系统（RTK GPS）的作业模式主要有以下几种.

（1）快速静态测量：这种测量模式,要求在观测过程中,综合的接收基准站的同步观测数据,实时的解算整周未知数和用户站的三维坐标.而在流动过程中,可以不必保持对GPS卫星的连续跟踪.其定位精度可以达到1～2 cm.

（2）准动态测量：这种测量模式,首先要求在某一起始点上进行静止的观测,以便快速解算整周未知数,达到完成实时初始化的工作.然后再进行基准站和用户流动站的同步观测,实时解算流动站的三维坐标.观测过程中,要求接收机保持对所观测卫星的连续跟踪,一旦发生失锁现象,就需要重新进行初始化工作.目前其定位精度可以达到厘米级.

（3）动态测量：动态测量模式中,可以选择静态初始化（与准动态测量模式的初始化相同）,也可以采用动态初始化技术（On The Fly,OTF,达到解算整周未知数的目的.初始化工作完成后,流动站和基准站的接收机,就按照预定的采样时间间隔自动的进行同步观测,实时的确定采样点（流动站点）的空间位置.其精度也可以达到厘米级.

4.工程案例

4.1 工程概况

测区位于上海市闵行区,控制网布设面积约8 km2,设计点位32座,起算点采用位于测区南侧、东侧约0.8 km的城市四等平面控制点各一座,测区北侧、西侧边缘四等平面控制点各一座.

4.2 RTK GPS测量

为了保证测量成果的精度及可靠性,我们在测区北侧及东侧的起算点分别设置基准站,分别采集起算点空间坐标解算坐标系转换参数；并分别测量待测点平面坐标,然后取两次测量的平均值作为最终成果；两次测量结果的坐标差值统计见表1.

根据上述两次测量坐差值的统计,可算得两次测量平均值的点位中误差为±1.25 cm.

4.3 RTK成果的外部检验

（1）相邻点间边长检测.

检测采用TOPCONG TS602全站仪,以两次测量平均值作为实测边长值,共检测通视边17条,分别计算实测边长与RTK测量成果坐标反算所得边长的差值,根据边长差值统计,可算得相邻点间边长中误差为1.08 cm. （2）采用导线测量方式的坐标检验.

在测区南测选择待测点6座,按一级导线测量方式观测,起算点为以上述城市四等平控制点为起算的按GPS静态方式观测的城市一级控制点；根据测量结果与上述RTK测量成果的坐标差值,估算出RTK测量成果的点位中误差约为±1.22 cm.

5.工程案例二

2010年6月,笔者单位在上海新技术开发区约24 km2区域布设城市平面控制点43座,采用该区域内分布较均匀的原有GPS四等平面控制点5座为起算点,同样采用上述双基准站方式观测,其中一次利用原GPS网测量时得到的WGS-84坐标建立坐标转换关系.根据两次测量坐标差统计,X坐标两次测量最大差值为2.8 cm,Y 坐标两次测量最大差值为3.3 cm,两次测量平均值的点位中误差为±1.48 cm.本工程中,我们同样采用TOPCONG TS602全站仪进行边长检测,共检测边长11条.根据边长差值统计,估算得相邻点间边长中误差为±1.13 cm.根据对上述工程数据的分析,可知采用本文所述的双基准站观测方式,取两次测量平均值的作为最终成果,RTK测量模式完全可替代全站仪导线测量应用于房产平面控制测量.

6.建议

（1）RTK 测量与静态GPS测量相同,首先得到的是WGS-84坐标,必须通过一定的坐标转换关系才能得到用户坐标系坐标,转换参数的求取精度对测量成果有很大影响,因此在实际应用中首先应注意起算点精度,特别应注意采用一定的方法检核起算点的相对精度；同时,转换参数有一定的区域性,它仅适用于起算点所圈定的一定区域,外推精度随距离增加降低明显,因此在实际工作中应尽量选择能覆盖整个测区且分布均匀的起算点.（2）若已知起算点为静态GPS控制网成果,可利用已有WGS-84坐标及用户坐标建立坐标转换关系,这样可节省采集起算点WGS-84坐标的时间、提高工作效率；但在利用原有成果时应注意所采用的WGS-84坐标应是在同一网平差中得到的,因为它是由单点定位的WGS-84坐标推算得到的,只代表某个特定的坐标对应关系.（3）基准站应选择位置较高的点位,这样可明显扩大流动站作业范围,但根据笔者对多个工程成果的统计分析,基准站与流动站间的距离对测量成有一定的影响,当流动站与基准站间的距离达到5～6 km时,两次测得的坐标差值及相邻点间距离与全站仪边长测量的成果差值超过5 cm的明显增多；笔者建议在采用RTK技术进行控制测量时,为保证成果的精度及可靠性,流动站的作业半径应控制在5 km以内.（4）根据上述第一、第三点,在采用RTK方式进行较大区域控制测量时可将测区划分成若干个工作区；各工作区的划分应有一定的交叉,观测时应进行相互检核；也可以采用两次工作区划分不同的方式进行观测.（5）在房产平面控制测量中,点位一般可埋设在建成的城市道路,选点时应充分考虑使用的方便及安全,但同时应尽量避开高压线、高大建筑、电台发射塔等；因此RTK方式不适合应用于建筑密集的老城区,而在新建城区一般均能取得较好的效果,本文列举的两个工程实例均是在这样的测区完成的；另外,基准站更应避开高压线、微波站、变电所等.

7.结语

利用RTK技术进行房产平面控制测量操作灵活、简单,同时减少了大量的观测数据后处理工作,大大提高了工作效率,彻底改变了房产平面控制测量的作业模式；但在实际工作中应充分认识这一技术的特点及其与传统测量模式的区别,设法提高测量成果的可靠性.