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RTK技术操作实例解析

RTK技术近年来发展比较迅速,它在各种控制测量、地形测图、工程选线及工程放样中应用广泛,与常规仪器相比非常明显地提高了作业效率和作业精度。但在整个GPS应用方面,测量行业始终是一个小分支,测量知识的流通面也非常有限,再加上普通测量员或非测量专业人员普遍对新技术理解不深,在进行GPS测量时,往往会按照培训人员的要求机械化地去接受,这样时间一长就会对整个测量工作效率产生影响,GPS的优越性也不能完全被发挥出来。特别是在RTK即将普及的今天,熟练操作RTK在实际应用中显得尤为重要。

以南方测绘最新款RTK灵锐S82为例,笔者对主要的RTK作业需注意事项作一下介绍。

根据RTK的原理,参考站和流动站直接采集的都为WGS84坐标,参考站一般以一个WGS84坐标作为起始值来发射,实时地计算点位误差并由电台发射出去,流动站同步接收WGS84坐标并通过电台来接收参考站的数据,条件满足后就可达到固定解,流动站就可实时得到高精度的相对于参考站的WGS84三维坐标,这样就保证了参考站与流动站之间的测量精度。如果要符合到已有的已知点上,需要把原坐标系统和现有坐标系统之间的转换参数求出。

在S82应用中,转换参数大概分为校正参数、四参数、七参数和拟合参数,这些参数全部体现在S82的采集手簿即工程之星上。

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校正参数是一个核心的内容,它是通过一个已知点来校正,求出WGS84坐标系统的坐标值与实际应用坐标值的三维差值,即△X、△Y、△H。校正参数从原理上说参考站每次开机都需要重新校正,如果参考站架设在同一地点,且每次开机发射的WGS84坐标都已经通过设置来固定,那么校正参数就不需要再重新求。工程之星软件可以设置为参考站发射坐标固定,这种方法因局限于参考站每次只能架设在同一个点上,因此很少采用。所以每次开机校正一次是最常用的方法,这种方法参考站可以在已知点上,也可以在未知点上,但每次都需要一个已知点。如果参考站在已知点,那么流动站可以在任何地方输入参考站坐标来校正;参考站在未知点,流动站必需到已知点上输入流动站坐标进行校正。对于参考站在测量中位置不动而偶尔关机的情况(如电瓶电量耗尽),工程之星最近加入了一项自动改正,再次开机时软件会自动提示参考站坐标已变,选择重新计算即可继续使用,不需要再重新校正。可以看到,校正参数只是一个点的三维改正值,它默认了使用点所在的坐标系与WGS84坐标系北方向是一致的,但实际情况并非如此,随着距离的增大RTK测量结果会和已知坐标系产生越来越大的偏移量,误差也会越大,所以采用标准坐标系时这种方法仅限于1km左右的测量范围。当然如果是假定近似直角坐标就没有这种距离限制,因为通常假定的坐标北方向与WGS84方向是一致的。

四参数和七参数并不是一个概念,四参数是同一椭球不同坐标系之间的转换参数,表示为△X、△Y、A(旋转角)、K(尺度比),七参数是两个不同椭球之间的转换参数,表示为△X、△Y、△Z、△α、△β、△γ、△K,三个平移、三个旋转和一个尺度参数,是不严密的。四参数和七参数是不能同时使用的,两者只能选其一,那么在具体测量时怎么确定这两种参数是一个关键问题。

RTK直接测量的坐标是属于WGS84坐标系,我们通常用的是国家标准坐标系统,比如1954年北京坐标系,两者并不是一个椭球,那么原则上讲需要七参数才可以实现两个椭球的转换,我们才有可能采集到54坐标。但在不能精确求取七参数的情况下,工程之星是把WGS84的原始经纬度作为北京54的经纬度处理,这样一来就可以通过采集两个或两个以上的北京54已知点来求取四参数。工程之星上提供了两种求取四参数的方法:一是利用控制点坐标库,即在未校正的情况下先采集所有已知点的WGS84坐标,再打开控制点坐标库把相同点在两套坐标系统内的坐标依次输入,软件就会自动计算出四参数并给出点位精度;另一种方法就是利用校正向导的多点校正,多点校正不同于单点校正,单点校正只能在第一个向导点出现时校正,计算出的是上面提到的校正参数,而多点校正则是每个向导点都需进行校正,两个点以上即可求出四参数,并自动启用。

七参数的求解方法一般是靠做控制测量即静态测量。S82静态测量的数据导入平差软件进行处理后,软件会自动求出七参数,在做RTK测量时可以直接输入使用。七参数相对于四参数来说可以认为是更准确、精度更高,而且七参数所覆盖的测区范围比四参数大.

拟合参数是指高程拟合参数,在需要高精度的正常高高程值时,用RTK测量必须合理地求解高程拟合面,这样才能满足一般作业要求。GPS静态测量高程最高可以达到三等水准的精度,做RTK时为四等或四等以外,它的前提是必须有高精度的高程拟合面。求拟合参数实际上就是求一个区域高程异常的过程,S82的工程之星提供了计算高程拟合参数的方法,在利用控制点坐标库求四参数时,如果带有高程的已知点个数达到3个以上,那么软件会另外计算高程拟合参数并自动启用。

以上是求参数的方法,在实际工作中,转换参数是一个很重要的问题,所以一定要正确求取,最好留一些点进行检查,以实时把握参数的精度。具体求参数时主要是对已知点的要求比较多,有以下几个方面:

1、控制点的数量应足够。一般来讲,平面控制应至少三个,高程控制应根据地形地貌条件,数量要求会更多(比如6个或以上)以确保拟合精度要求。

2、控制点的控制范围和分布的合理性。控制范围应以能够覆盖整个工区为原则,一般情况下,相邻控制点之间的距离在3km-5km,所谓分布的合理性主要是指控制点分布的均匀性,当然控制点是越多越好。

3、已知点少时,点位决定精度。如果只有两个点情况下,两已知点距离不应太近,一般情况下作用范围不应超过两点距离的1.5倍;另外两已知点也不应在象限方向上,即不应在东西或南北方向,应存在一定的偏角。

4、控制点精度应统一。用于求参数的控制点应是经过统一平差的点。

有很多用户在没有已知点的情况下一般采用假定坐标,那么这种情况只需假定一个已知点校正即可,任意选坐标系统,注意输入中央子午线时要输入测区范围的平均经度,这样不会产生太大的投影变形,与常规测量仪器方便联测。此种情况一般不应采取全站仪定向方法,因为全站仪定向存有偏差,必须求出四参数才行,而且这种参数一般精度不高。所以,在进行GPS测量时,假定坐标只能取一个。

此外,注意S82的状态及工程之星的文件类型,对用户来讲有很大的帮助。

1、架设S82参考站时,一定要注意电瓶的正负极,先联接电瓶端,检查无误后再联接主机和电台。

2、参考站状态指示。主机上面的指示灯,一般只需看前两个,RTK模式正常工作应为:STA灯1秒间隔闪烁表示,DL灯5秒间隔连续闪烁两次;电台指示灯正常应为:通道正常显示,TX灯1秒间隔闪烁。

3、流动站状态指示。主机上面的指示灯,RTK模式正常工作应为:STA灯1秒间隔闪烁表示,DL灯1秒间隔闪烁;手簿正常工作状态:工程之星常规界面,下方显示点位信息,有点号、坐标、精度及卫星状况,左上角有电台通道(与参考站一致)及信号强度指示条。

以上三点是正常工作的前提,如果测量中间出现问题,要根据状况来判断原因。比如工程之星下方显示无数据,那就表示手簿与流动站没有联接,热启动手簿重新联接即可;通道号没显示或显示与参考站不一致的通道号,用电台设置切换到需要的通道即可。在真正测量时,工程之星提示的状态一定要达到固定解,而且蓝牙不应离流动站太远,正常情况是显示的坐标更新率应1秒1次。

另外,工程之星的作业是以工程文件来管理的,每个工程对应一个文件夹,而其后缀为INI文件,调用工程其实就是调用INI文件;相应的工程里面存有椭球信息、所有参数信息。工程文件夹下面可以建立文件,这些文件其中主要的有DAT文件,是用来存储坐标的。一个测区可以只建一个工程,求出参数后在此工程下面每天可以新建一个文件,测量时利用校正向导求校正参数即可。当然始终用一个工程一个文件也可以,但由于手簿内存有限,文件如果存的点多运行起来速度就会减慢。如果外业测量时求不出校正参数而需要后处理的话,参考站每次开机尽量都用一个新的工程和新的文件来采集,且每次要联测至少一个已知点,在内业处理时可以根据已知点将数据改正过来。

RTK测量技术还有很大发展空间,操作方**越来越简单,但是要更好的应用RTK技术,还是要测量人员亲身体会其原理及性能,对各种情况做到心中有数,这样才能有效地保证RTK测量精度,提高作业效率。

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