坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解
在GPS靜態(tài)測量中,不同坐標系的坐標轉(zhuǎn)換是在數(shù)據(jù)后處理時進行的。而對于RTK測量,要求實時得出待測點在實用坐標系(1980西安坐標系、1954年北京坐標系或地方獨立坐標系等)中的坐標,因此,坐標轉(zhuǎn)換問題就顯得尤為重要。
坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法,一般是在RTK作業(yè)前首先在測區(qū)做一定數(shù)量的靜態(tài)GPS控制點,與地方坐標系的控制點聯(lián)測,以同時獲取GPS點的WGS-84坐標系統(tǒng)坐標和地方坐標系統(tǒng)坐標,然后利用后處理軟件或GPS控制器內(nèi)置的實時處理軟件求解坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。如果測區(qū)內(nèi)的已知控制點已經(jīng)具有地方坐標系坐標和WGS-84坐標系坐標,則可直接利用隨機軟件求解坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。
求解坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)所使用的已知控制點(通常稱為基準點)的精度、密度及分布狀況對坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解質(zhì)量有著直接影響。因此,所選定的基準點要求精度要高,并且應均勻分布在測區(qū)周圍;鶞庶c的數(shù)量視測區(qū)的大小一般取3~6 點為宜。一般地,在求解坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)時,應采取不同基準點的匹配方案,用不同的計算方法求得坐標轉(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。
由于坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解精度與已知點兩套坐標的精度和區(qū)域內(nèi)點位的分布有關(guān),因此坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)是有區(qū)域性的,它僅適用于已知點所圈定的區(qū)域和臨近地區(qū),其外推精度明顯低于內(nèi)插精度。因此,在一個測區(qū)求解的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)不能直接應用到其它測區(qū)。
基準站的設(shè)置
GPS衛(wèi)星處在兩萬多公里的高空,從衛(wèi)星發(fā)出信號到接收機接收,中間要經(jīng)過電離層、對流層以及來自多方面的干擾,其信號一般十分微弱,通常只有-50~-180dB。同時,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信號接收的質(zhì)量,基準站必須遠離各種強電磁干擾源(如微波站、尋呼臺發(fā)射塔、變電站、高壓線、電視臺等);同時,為了減少多路徑效應的影響,基準站周圍應無明顯的大面積的信號反射物(如大面積積水域、大型建筑物等);另外,要求基準站電臺天線和移動站天線之間無大的遮擋物(如高層建筑物、高山等),且天線盡量設(shè)置高一些,以提高電臺信號的傳輸距離。
作業(yè)半徑的限制
移動站離開基準站的最大距離稱作RTK的作業(yè)半徑,它的大小取決于基準站電臺信號的傳輸距離,且對RTK測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)鏈電臺多為美國PPC公司的35W(基準站)和2W(移動站)電臺。實驗表明,當兩山頂之間能夠通視時,移動站距基準站47km時,也可收到差分信號。但是,在城鎮(zhèn)作業(yè)時,如果兩點之間有較高的房屋遮擋,即使相距1km也很難進行RTK測量。
近年來,隨著GPS技術(shù)的不斷完善,儀器制造商競相采用先進技術(shù),有效地擴大了RTK的作業(yè)范圍。如果在建筑物或樹木比較多的地區(qū)作業(yè),移動站接收電臺信號會比較弱且容易失鎖,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。當信號受影響嚴重時,還應進一步縮短作業(yè)半徑,以提高RTK測量的精度和速度。
測量中的一般要求
為了保證RTK測量的精度、速度(初始化時間)和可靠性,除了正確求解坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)、合理設(shè)置基準站和限制作業(yè)半徑外,在RTK測量中還應注意以下幾點:
(1)觀測衛(wèi)星的圖形強度要高。在進行坐標解算時,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,才能進行RTK測量。
(2)作業(yè)員的責任心要強。作業(yè)員的專業(yè)水平、經(jīng)驗和責任心對RTK成果的精確性和可靠性有著嚴重的影響。作業(yè)時,接收機的對中、整平、天線高的量取及輸入已知點坐標、坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)及天線高等數(shù)據(jù)的任何誤差,都將影響RTK 測量的全部坐標。因此,要求作業(yè)員必須具有強烈的責任心,認真嚴格地按規(guī)程操作。另外,對儀器基座和測桿上的水準器等必須定期嚴格校正,以避免系統(tǒng)誤差的影響。
(3)觀測成果要注意復核。RTK測量具有顯著的實時、快捷等優(yōu)點,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,個別點可能會出現(xiàn)粗差。因此,為了保證RTK的實測精度和可靠性,作業(yè)中必須注重成果的復核。成果的復核分為作業(yè)前復核和作業(yè)中復核。作業(yè)前復核是指在RTK 作業(yè)前,先在已知點上檢測,新測坐標與已知坐標較差符合要求后,才能進行RTK測量;作業(yè)中復核一般是指在作業(yè)中采用不同起算點測定部分重合點,或在同一點上采用兩次觀測法(失鎖或關(guān)機)觀測。
(4)用RTK方法進行控制測量時,應采取一定的措施保證測量精度,F(xiàn)行測量規(guī)范(如《城市測量范圍》、《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》等)規(guī)定一、二級導線的點位中誤差(相當于起算點)不大于±5cm,而常用GPS接收機RTK測量的標準精度為1cm+1ppm,所以,一、二級導線控制點完全可以采用RTK方法施測。
使用RTK方法測定的坐標可以是觀測一個歷元的結(jié)果,也可以是幾個歷元的平均值。對于純動態(tài)定位而言,只能取一個歷元的觀測值;在一般的RTK測量中,通常是取幾個歷元的平均值,以消除偶然噪聲,提高定位精度。當用RTK方法進行控制測量時,為了保證測量成果的精確、可靠,宜采用多歷元的觀測結(jié)果;同時,觀測時應使用三腳架固定移動站的天線,進行嚴格的對中、整平,并遠離各種強電磁干擾源和大面積的信號反射物。
隨著RTK技術(shù)的不斷完善,RTK測量的初始化速度、成果精度及可靠性會越來越高。但是由于受衛(wèi)星信號、接收機狀態(tài)、測站周圍環(huán)境及儀器操作的影響,RTK定位有時會出現(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)的特點及測區(qū)狀況,采取有效措施,嚴格按操作規(guī)程作業(yè),并加強成果的復核,以確保RTK成果的精確性和可靠性。