湖北省鄂东南基础工程公司测绘队QC小组--GPS-RTK应用于控制测量的质量控制

QC成果资料GPS-RTK应用于控制测量的质量控制湖北省鄂东南基础工程公司测绘队QC小组二ＯＯ五年五月GPS-RTK应用于控制测量的质量控制1概述传统的GPS静态定位技术是用至少两台套GPS接受机在两个或更多的测站上通过足够的观测时间（约1小时）同步跟踪相同的一组卫星信号，然后经软件处理，得出未知点的三维坐标。近年发展起来并逐步推广的GPS载波相位动态实时差分技术（RTK）是GPS定位技术发展的一次重大突破，它的基本工作原理是将接GPS收机设置为参考站和流动站，参考站和流动站同时观测相同的卫星信号，参考站的卫星观测数据和已知信息通过数据链实是发送到流动站，流动站利用两台接收机的同步观测值和参考站已知信息,快速求解整周模糊度并在机处理，实时解算出流动站的厘米级三维坐标。其核心技术就是流动站能够快速地利用有效的RTK算法通过数理统计正确地求解整周模糊度，目前市场上主流的RTK设备其标称可靠性一般在99%以上。（在理想的外部条件下的实验数据）。2选题理由我队自2003年7月以来共引进RTK型GPS接收机3台套，应用于城市或工程控制网中以其精度好、工效高、布网灵活、即测即得、易学易会等诸优点受到作业人员的欢迎。目前已有相当多的测绘单位陆续购置了不同型号的GPSRTK高精度设备，但该作业方法目前还未有固定的《规程》或《》可循。如前所述，由于RTK技术存在一定缺陷，如果不采用有效的作业方法，加之实际作业中如果坐标系统转换网形欠佳，参考站位置设置不合理、流动站作业随意等，那么RTK作业就不一定能达到100%的可靠和理想的精度指标。我队2003年9月首次用RTK按单次观测方法施测的尹家湖测区图根控制点104点，后经重复观测检验，有4点存在粗差，占总点数的3.8%，情况见表1。表1：尹家湖测区图根控制点粗差统计点名RTK成果成果Δs(m)Δh(m)X1（m）Y1（m）H1（m）X2（m）Y2（m）H2（m）E213333012.669499217.75731.9093333012.663499217.73731.9850.021-0.077E523332576.598499384.36223.1453332576.439499384.35523.1710.159-0.026E643333160.120498854.26225.1433333160.192498854.16925.1090.1180.035E933332590.757499409.31923.3653332590.783499409.31523.4780.026-0.113表1表明用RTK采用单次测量的方法无法保证观测成果的精度和可靠性。3课题组成员情况及目标本QC小组成立于2004年3月，小组名称：GPS-RTK应用于控制测量的质量控制QC小组；小组类型：实用型。现有4人，均受过TQC理论知识培训。课题组成员见表2表2：课题组成员情况姓名性别年龄职务职称小组职务组内分工李 杰男38队长、技术负责测绘工程师组长全面负责陈东林男33副队长测绘工程师副组长#设计#组织实施周超波男26项目负责测绘助工成员生产操作胡卫桥男33测量员高级工成员生产操作本课题组的目标旨在运用TQC方法，通过理论学习和生产实践，和总结影响GPS-RTK应用于控制测量的可靠性、精度的各项因素，摸索出一套可靠、实用GPS-RTK作业方法。4影响GPS-RTK可靠性、精度的各项因素（1）理论缺陷 RRK的流动站无法保证解算整周模糊度百分之百正确；（2）卫星图形强度因子PDOP的影响 RTK作业过程中，某些流动站处在有遮挡或附近有水面、建筑物的多路径干扰或有高压线的影响，这一误差源势必给GPS-RTK的观测成果带来不同程度的影响；（3）数据链的影响 如果参考站布设的位置不佳或者流动站离开参考站较远，则流动站往往不能连续收到参考站的数据链；（4）坐标系统转换的精确性 GPS得到的观测成果是WGS-84坐标系坐标，而城市或工程测量一般采用地方坐标系，由于两个系统参考的椭球参数不同，它们所对应的空间直角坐标是不同的，在两个坐标系之间转换时，由于地方坐标系下控制点的误差、控制点分布状况不甚理想、或者采用了不恰当的转换方法，往往造成坐标系统转换存在较大的残差。（5）参考站、流动站的对中及高度量测误差 此项误差与常规的测量仪器对中误差相同，特别是若参考站存在较大的对中误差，则对所有流动站均存在系统影响。影响GPS-RTK可靠性、精度的因素分析图：5对策在分析原因的基础上，我们针对主次原因讨论制定了对策，见表3表3：提高GPS-RTK应用与控制测量的可靠性及精度对策表序号原因项目要素现状确认达到目标采取措施1次要原因理论缺陷我队购进的GPS仪器（LeicaSR530）是市场上的高端产品，各项性能优良，可靠性和稳定性均较好测量成果可靠性达到100%1）采用按不同参考站、不同时段等精度双观测的方法，根据不同的控制等级设置限差，若两次独立观测值小于限差，则取其中数为最终成果，否则应重新独立观测，直至满足上述条件；2主要原因卫星图形强度因子PDOP受时间、地点影响有效的的时间段内观测，控制点选点时充分考虑该项因素的影响2）控制选点时考虑到点位高度角10°以上应尽可能少有障碍物，避开高压输电线和无线电发射源，尽可能避开大片水域；3）参考星历预报，在PDOP最佳的时间段内去观测无法满足上述条件的那些困难点；采取措施1）3数据链受地点、距离影响参考站和流动站实现有效数据传输4）参考站尽量架设在测区中央，尽量选在地势较高的山上或房顶；5）保证电台电源的稳定；6）流动站点位除满足条件2）外应尽可能靠近参考站，两者距离一般应小于10公里；采取措施1）续表3：提高GPS-RTK应用与控制测量的可靠性及精度对策表序号原因项目要素现状确认达到目标采取措施4主要原因坐标系统转换受地方控制点的精度及分布状况影响采用最合理的转换方法建立最佳的转换模型7）加强理论学习，熟悉常用的转换方法的步骤、优缺点并灵活运用；8）系统间平面重合点的个数一般不少于3个并足以控制整个测区，高程重合点应尽可能多并尽量均匀分布于测区；采取措施1）5参考站、流动站的对中误差通过认真细致的作业，该项误差一般能得到有效控制参考站对中误差小于1mm,流动站对中误差小于5mm,参考站、流动站高度量测误差小于2mm9）通过经常性的学习，提高职工的质量意识，增强责任感，使每一个作业员认真细致地作业。采取措施1）由上表可以看出，在尽量满足基本条件2）～9）的情况下，采用按不同参考站、不同时段等精度双观测的方法是保证GPS-RTK可靠性和精度的关键。6生产实例我队2005年4月承揽的黄石山南圣明路测区第1标段的1：1000地形测量任务，采用按不同参考站、不同时段等精度双观测的方法布测图根点132点，图根选点时充分考虑上述不利因素，用以建立坐标转换系统的地方控制点亦采用GPS-RTK及四等水准方法确定，平面控制点及高程控制点均匀分布于测区，采用经典三维法作坐标系统转换，转换效果较好，其残差分布情况见表4。在132对双观测值中，仅有3对观测值的高程较差超限，该3点均在村庄内，障碍较为严重，在选择恰当的观测时段重新观测后，取得了正确的成果。利用双观测值的较差算得的本次图根点的平面点位中误差为±0.008m,高程中误差为±0.012m，说明本次RTK作业成果不但可靠、而且数学精度极高，完全满足《城市测量规范规》对图根控制点精度要求。表4：黄石山南圣明路测区坐标系统转换残差分布情况WGS-84坐标系黄石坐标系B点类型dy [m]dx [m]dh [m]GPSE01GPSE01平面高程-0.0010m0.0074m0.0029mGPSE04GPSE04平面高程0.0041m0.0017m-0.0025mGPSE07GPSE07平面高程0.0017m-0.0021m0.0052mGPSE13GPSE13平面高程-0.0047m-0.0008m-0.0020mGPSE14GPSE14平面高程-0.0016m0.0016m-0.0050mGPSE15GPSE15平面高程0.0059m-0.0025m-0.0028mGPSE17GPSE17平面高程0.0021m-0.0002m-0.0012mGPSE19GPSE19平面高程-0.0048m-0.0002m-0.0054mGPSE22GPSE22平面高程-0.0030m-0.0015m0.0050mGPSE24GPSE24平面高程0.0013m-0.0023m0.0026mGPSE26GPSE26平面高程-0.0001m-0.0012m0.0032m7．小结（1）GPS-RTK测量系统是GPS卫星定位与数据传输相结合而构成的组合系统，该技术完全可用于城市或工程控制测量，它的应用可以不需按传统逐级布网进行控制测量。一个测区只需先布设基准站点，其作用距离一般在10km以内；基准点最好选在地势较高或建筑物顶上，周围没有无线电干扰源，对天空通视良好。然后根据工程的需要可直接施测控制点，乃至图根点或放样点；它不受图形条件的限制，只要对天空通视良好，能顺利接收基站发来的差分信号，基本上可做到任意设站，测量的点位误差相互不传递，不积累，点位误差均匀，不存在最弱点的问题。（2）实践证明快速GPS-RTK实测的点位精度可以达到±2㎝，优于常规的测距导线精度；其成果是实时的，不需后处理，适合实时放样工程的需要；RTK定位以其其观测时间短，不需数据后处理给工作带来高效益，初步统计可提高工效4倍。另外，RTK技术易学、易懂、随机软件的功能也十分强大，对缺乏常规测绘知识的人员工作十分方便。（3）单点快速RTK定位由于受卫星信号、接收机状态、各种周围干扰源及操作的偶然影响会出现失真，使其成果不可能100％的可靠。选择不同基站、不同时段的二次独立观测值作为检核条件是保证成果可靠性和提高精度的有效方法，今后也可采用其它的校核方法，但必须检核。（4）流动站的RTK天线采用脚架置放，也可用手扶或竹杆支撑，但其定位精度有明显差别。可以根据要求的精度，采取相应技术措施。（5）卫星图形强度因子PDOP值对RTK的成果也存在很大影响，GPS-RTK作业与常规的全站仪作业存在很大区别，它的成果或作业精度很大程度依赖于可见卫星的质量，合理安排作业时间十分必要。8．成效控制测量作为测量工程的一道关键工序，其优劣直接影响测绘产品质量，我们小组通过理论学习和生产实践，分析和总结出了影响GPS-RTK应用于控制测量的可靠性、精度的各项因素，摸索并制订出了一套可靠、实用GPS-RTK作业方法，从而保障了我队GPS-RTK应用于控制测量的可靠性和精度。