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GPS - RTK与传统测量仪器在不同范围下高程与坐标的测量精度比较与分
作者:管理员    发布于:2017-11-11 09:01:20    文字:【】【】【

  GPS-RTK技术具有操作简单、精度高、效率高等优点,近年来已经比较广泛地应用于工程测量当中。RTK技术在卫星信号不受干扰的情况下其量测精度可达到厘米级甚至更高,在测量范围较大的时候,RTK技术较常规的测量方法在时效以及精度方面显然具有优势,但是当量测范围内建筑物较多或量测范围较小时与常规测量方法相比其优势如何还有待进一步探究。传统的测量仪器,如水准仪和经纬仪在高程和坐标测量中广泛应用于大学教学测量以及规模较小或经费有限的工程当中,水准仪在附合或者闭合导线的高程测量中需要满足高差闭合差,经纬仪在进行坐标测量时则需要满足角度闭合差和全长相对闭合差,当测量范围较大时所花费的人力物力明显增加且其精度有待进一步探讨。基于以上两种方法所存在的优缺点,本文将结合具体的测量实例,在不同范围内用两种方法对陆地的高程以及坐标进行测量,然后将二者的结果进行比较和分析,进而得出一些结论来回答上述的问题。

  1RTK技术的原理介绍RTK技术又称载波相位动态实时差分技术,其工作基金项目:国家自然科学基金项目(41271042)资助的基本原理如下:在基准站设有一台GPS接收机不断地接收卫星传来的观测数据,并将观测数据连续不断地传给流动站;在用户手持端,GPS接收机在接收卫星信号的同时,通过无线设备从基准站接收传输的观测数据,进而根据相对定位原理,实时地解算整周模糊度未知数并计算显示流动站的三维坐标及其精度1.一般RTIK测量系统由如下三部分组成:GPS接收设备、数据传输设备、软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成,它是实现实时动态测量的关键设备;软件系统具有能够实时解算出流动三维坐标的功能,从而可提高测量速度2. 2RTK与传统测量仪器测量实例与分析2.1测量实例数据由于本文主要是对两种测量方法在不同范围下的测量比较,考虑到传统的水准仪和经纬仪在大范围下所需人力物力较大,另一方面本文的研究目的主要为教学测量以及小范围的工程测量提供依据和建议,因而测量的范围控制在半径2km以内。

  本次测量实例所用RTIK仪器为华测X93RTIK测量仪,所用水准仪为DS3水准仪,所用经纬仪为D6经纬仪。本次测量在某市的开发区共进行了三次不同测量范围的比较测量,分别为200m,500m和2000m.传统仪器方面200m采用附合导线测量共5个测点,500m和2000m采用闭合导线测量,测点数分别为7个和20个。

  在所选测区范围内共有6个控制点,为了进行直观的精度比较,下面给出了2000m测量时6个控制点RTIK测量数据和传统仪器测量数据(见表1),进而将两种方法所测数据与控制点数据进行比对,见表2,其中4及X X控制;4灯=Ytk =X经纬仪-X控制,4CY=Y经纬仪-Y控制,4CH=H经纬仪-H控制。

  表1控制点数据及两种方法测量数据Tab.控制点数据/m RTK测量数据/m传统仪器测量数据/m f工制M表2两种方法控制点测量数据比较表Tab.控制点X差值/m Y差值/m H差值/m根据上述对控制点用两种方法所测的数据进行计算可以得RTIK测量的坐标中误差3为:=土:(4及X2经纬仪测量的坐标中误差为:水准仪测量的高程中误差为:从以上数据我们可以发现,在2 000m测量范围下由于图根测量和水准测量存在误差累计从而对控制点的坐标和高程测量精度明显小于RTIK所测。

  根据上述结论,我们以RTIK所测的数据为基准,分别000m内两种测量方法所测数据进行比较,进一步而又全面地进行精度分析。

  表3为200m范围内RTIK与水准仪和经纬仪的测量高程和坐标比较结果,表4为500m范围RTIK与水准仪和经纬仪的测量高程和坐标比较结果,表5为RTIK与水准仪和经纬仪的测量高程和坐标比较结果,表中:=L-Y经纬仪表m测量高程与坐标比较表站号传统方法测量/m互差/m表m测量高程与坐标比较表站号传统方法测量/m互差/m表m测量高程与坐标比较表站号传统方法测量/m互差/m 2.2测量数据分析与比较根据以上的实测数据我们做出了不同量测范围下RTIK测量高程与水准测量高程差值的值I 4HI变化趋势图,如所示。

  两种测量方法不同范围下高程差比较图Fig.根据图i的折线趋势,我们可以明显看出随着测量范围的增大,RTIK高程与水准高程的差值逐渐增大,而且波动的愈发明显,但是在200m和500m测区范围内,两者的误差大致都在0. 015m左右,这表明在范围较小时,水准测量和RTIK测量精度近似,两者可以相互替代。

  另根据以上数据做出不同测量范围下RTIK坐标与经纬仪测量坐标偏差f =AXr7Yr的变化趋势图,如所示。

  两种测量方法不同范围下坐标偏差比较图Fig.根据上图的两种测量方式的坐标偏差走势,我们可以认为当测量范围为500m和2000m时,两者多处于0.02m到0.04m之间,误差已经较大,此时两者的精度不再近似。考虑到图根测量误差有累加效果,因而此时经纬仪坐标测量精度已经不如RTIK坐标。

  3影响RTK和传统测量方法精度的因素分析在上述的测量过程中发现两种测量方法都存在其他因素干扰所带来的误差,经过分析,主要有如下几点。

  3.1RTK精度影响因素分析与测站有关的因素:测量时可采用单基站双次测量,可减小对中误差;基准站和流动站的位置选择应该便于观测4,有效作业半径不宜过大。

  与地形有关的因素:RTIK测量范围一般都能达到几十千米,但是若地形复杂,测区范围内高楼或者树木较大将会严重影响GPS信号的传递,减慢固定解解算时间,甚至降低精度。

  与测点布控有关的因素:RTK常规测量时,首级测控网的分布情况同样影响着其测量精度,这些测点都是为RTK提供基准数据,为满足基准站与流动站之间的正常数据交换,相邻控制点之间距离不宜大于测量半径的3.2水准仪与经纬仪精度影响因素分析仪器误差:由于这两种机械仪器都需人为调整,从而存在仪器校正不完善的误差和调焦误差。

  观测误差:观测时主要存在整平误差、照准误差以及读数估读误差,对于经纬仪而言还有对中误差以及目标偏心误差。

  外界条件影响:对于光学仪器大气折光的影响会影响精度,经纬仪温度的变化也会对视准轴产生影响,地球曲率会对水准高程测量产生影响5. 4结束语本文通过对不同测量范围下RTK与传统光学测量仪器的精度进行工程实例比较,得出了以下有益的结论以及建议:在测区半径不大于500m情况下,水准测量高程与RTK高程精度很接近,在小范围施工以及教学测量等资金不充足的情况下,可以考虑只用传统水准仪便可以满足精度要求;在测区半径不大于200m的情况下图根经纬仪测量精度与RTK测量精度接近,两者可相互替代,同样在资金有限的情况下可以用图根测量替代;在测区范围较大,一般1km以上时,RTIK由于不存在误差积累的缺点且使用方便简单,其精度和效率都要优于传统的测量方法;RTK测量时应该注意测区地形的选择尽量避开高大建筑物,首级测控网测点应该合理布置,以减小测量误差,提高测量精度。

脚注信息
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