GPS RTK碎部点测量数据后处理方法及应用

来源：《测绘地理信息》2016第5期

作者：李武，高级工程师, 主要从事测绘管理、技术指导及质量检查工作。

摘要:

        通过对GPS RTK测量原理及坐标系转换原理的了解，尝试了碎部点测量与首级控制施测同步进行的工作模式。并介绍了采用此工作模式进行外业碎部点测量的注意事项及测量数据后处理的方法，并通过实例进行说明。

关键词：GPS；RTK；数据后处理；同步作业

　　GPS RTK技术凭借着作业效率高、测量精度高、全天候作业、作业自动化集成化程度高等优点，目前已广泛应用于测绘行业的各个领域[1]。但常规的RTK作业模式，有时已不适用某些特殊情况。

　　通常情况下，利用GPS RTK进行碎部点采集时，首先需要建立高等级的首级控制网，再利用手簿自带软件进行工程参数设置、首级控制点校正、参数计算等前期准备工作，进行碎部点实地测量。

　　按常规的采集方法，需要等待首级控制工作施测结束，控制点的平面和高程成果得出后方可进行GPS RTK碎部点采集工作。而在日常实际测量工作中，往往工期要求较紧，对碎部点坐标成果要求较急。但有时测区自然条件较为恶劣，首级控制施测较为困难，导致首级控制施测周期加长，延误后面碎部点采集等工序。

　　本文通过对GPS RTK测量原理及坐标系转换原理的了解，制定出一套碎部点测量与首级控制施测同步进行的工作模式，对GPS RTK数据后处理方法进行了描述。实例应用说明该方法起到了良好的效果，大大缩短了作业周期，且检测精度良好。

1GPS RTK测量原理及坐标系转换原理

　　1.1 GPS RTK测量原理

　　RTK系统由基准站、流动站和数据链组成,其原理是安置一台接收机作为参考站,对卫星进行连续观测,流动站上的接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据,流动站将基准站传来的载波观测信号与流动站本身观测到的载波信号进行差分处理，从而解算出两站间的基线向量;根据事先输入的坐标转化和投影参数，就可得到流动站的三维坐标数据[2]。

　　同时流动站还会保留基于WGS-84椭球下的原始经纬度坐标文件及测量时间、天线高等信息。这些信息非常重要，将作为原始数据进行后处理。同时还要了解，GPS RTK所谓的高精度，其实是流动站与基准站之间的相对高精度。

　　1.2 椭球转换原理

　　GPS测量实际上就是将GPS接收机所测得的基于WGS-84椭球下的三维大地坐标，利用WGS-84椭球与坐标系椭球之间的转换关系，得到坐标系统三维坐标[3]。这种转换关系的确立需要设立多个重合点，利用这些重合点在不同坐标系统的坐标值，进行转换参数的解算(这里要注意的是，一定要有重合点)。常用的参数包括3参数、4参数、7参数、高程拟合参数等。

2 同步施测与数据后处理方法

　　实现碎部点测量与首级控制施测同步进行作业的具体方法及流程如图 1所示。

图 1 碎部点测量与首级控制施测同步进行工作流程

　　这里需要注意如下几点：

　　1) 基准站设立在未知点上时，每重启一次，基准站发送的自身坐标都会进行改变(无论基准站位置是否改变)，流动站得到的绝对位置坐标也随之发生变化[4]。这时就需要每重新启动基准站建立一个独立的坐标文件， 以方便后续数据后处理的统一坐标转换及校正。

　　2) 每次重启基准站进行碎部点测量时，都要采集首级控制点，利用该点转换后坐标值与真实坐标值的差值，计算校正参数[5]。

　　3) 每次重启基准站进行碎部点测量时，都要采集至少2个首级控制点，并记录好所采集的控制点点名，以方便后续数据处理计算校正参数，并利用采集的其他控制点检验正确性及精度。

　　4) 碎部点采集时，得到的RTK原始数据为基于WGS-84椭球下的经纬度坐标，所以无需设置坐标系统及相关参数。

　　5) 对于测区形状较为规则，且范围不大时，可采用7参数进行坐标转换;对于测区为带状或范围较大时，可采用4参数加高程拟合参数进行坐标转换。得到转换后坐标，经校正参数和仪器高改正得到最终所需要的坐标成果[6]。

3 应用实例

　　以承担的某地区1∶1 000比例尺的航测成图项目为例。由于工期要求较紧，对工作的每一个工序都进行了时间计划。按计划的时间，根据现有的仪器设备，只能保证在计划时间内完成首级控制测量工作，像控点测量工作就没有时间完成。

　　经过仔细思考，拟采用上述碎部点测量与首级控制施测同步进行的工作模式进行外业控制测量工作。 整个工作共投入静态GPS接收机4台、水准仪2台、GPS RTK(1+3) 一套。人员14人，历时4天，首级控制测量和像控点测量的外业工作同步结束。利用1天时间进行数据处理。整个外业控制测量工序只耗时5天即全部完成。而如果按照常规的首级控制测量施测计算结束后再进行像控点测量工作，最少需要8天时间。

　　具体的GPS RTK数据后处理(以一个文件为例)工作流程如下：

　　1) 原始的RTK文件数据：包括软件版本信息、基准站信息、每个碎部点详细信息等。 为了表示更直观，方便以后的数据处理，需要对原始的RTK文件进行简单的编辑整理，整理后的文件删除了无用或无参考价值的项，只保留了碎部点的主要信息，包括点号、大地坐标(B，L，H)、天线高、采集精度、采集时间等。其中点号、大地坐标(B，L，H)、天线高信息是后面数据处理必需要的数据。

　　2) 利用首级控制点计算的转换参数(4参数+高程拟合)如下：

4参数：ΔX= -**.243 175 89

ΔY= -**.768 152 018

旋转角 -0.000 471 750 9

比例 0.999 998 455 387 920 20

高程拟合：A0： -31.141 941 763 9

A1： -2.926 8×10^-6

A2： 3.229 24×10^-5

A3： 1.3×10^-9

A4： -1.1×10^-9

A5： -7×10^-10

X0： **.237 384 615 4

Y0： **.777

　　计算的转换参数均经过其他控制点的验证，参数正确。

　　3) 利用坐标转换软件根据相应的参数进行了坐标转换(需设置正确的投影)[7]。

　　4) 利用采集的首级控制点进行校正参数计算，根据校正参数对已进行仪器高改正的坐标转换数据进行校正参数改正，得到最终平面坐标数据[8]。对转换后的坐标高程值根据RTK数据记录的仪器高信息进行仪器高改正，得到最终高程数据。

　　5) 可靠性及精度检验。像控测量及数据后处理结束后，采用GPS RTK常规方法和图根水准测量对测区内部分像控点进行了精度检验。

　　实地共检验了分布较为均匀的7个碎部点，经检验得出采用此方法后处理得到的坐标成果均满足相关规定，精度良好。

4 结束语

　　通过本方法在实际生产中的应用，得到如下结论：

　　1) 采用本方法，不用再需要等首级控制测量结束之后，才能进行碎部点测量，可在一定程度上缩短外业控制测量周期，提高工作效率;

　　2) 在其他日常碎部点测量工作中，在不能提前获得控制点成果时，也可采用本文介绍的后处理方法进行施测;

　　3) 经过外业可靠性及精度检验，该数据后处理方法切实可行，精度良好。

参考文献

[1]余小龙, 胡学奎. GPS RTK技术的优缺点及发展前景[J]. 测绘通报,2007,(10) : 39–41.

[2]杨文府, 崔玉柱. GPS RTK的技术方法探讨与对策[J]. 测绘工程,2008,17(4) : 50–53.

[3]张楠, 董晓晶, 张建. WGS-84坐标系与北京54坐标系转换方法及精度探讨[J]. 制造业自动化,2009,(12) : 31–34.

[4]余宏远, 魏宏源, 朱军. 浅谈GPS-RTK操作及应用——以南方灵锐S86为例[J]. 河西学院学报,2013,29(2) : 29–31.

[5]赵礼剑, 程新文, 聂小波, 等. 基站差分系统在公路地籍测量中的应用研究[J]. 地理空间信息,2008,(6) : 109–111.

[6]莫日根, 李淑娟. GPS-RTK在工程测量中应用及其技术特点[J]. 中国非金属矿工业导刊,2013,(1) : 60–62.

[7]王炳乾, 刘晓蕊. GPS测量中的坐标系以及GPS-RTK技术的应用[J]. 城市建设理论研究,2014,(15) : 57–59.

[8]陈宏斌, 郑玉恒, 王昭, 等. 基于GPS RTK与后处理程序实现断面测量一体化的方法[J]. 测绘地理信息,2014,39(5) : 75–79.

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