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    GPS-RTK在公路纵横断面测量中的应用

    2014-06-04 21:23:02 来源: 长江空间公司遥感数字工程院 作者邓庆海
    聊聊
    GPS-RTK在公路纵横断面测量中的应用
    邓庆海
    长江空间公司遥感数字工程院
    摘要:介绍了RTK在公路纵横断面测量中的使用方法,并通过实际工程应用分析对比,?#33539;?#20102;此方法的优越性.
    关键词:CORS站、参数计算、曲线要素、断面数据格式。
    一、 GPS-RTK测绘步骤以及误差处理   
    1.1 GPS-RTK测绘步骤
    当前利用多基站网络RTK?#38469;?#24314;立的连续运行卫星定位服务综合系?#24120;Continuous Operational Reference System缩写为CORS已成为城市GPS应用的发展热点之一。CORS系统是卫星定位?#38469;?span style="color:windowtext;text-decoration:none;text-underline:none">计算机网络?#38469;?/span>
    、数字通讯?#38469;?#31561;高新科技多方位、深度结晶的产物。 CORS系统由基准站网、数据处理中心、数据传输系统、定位导航数据播发系统、用户应用系统五个部分组成各基准站与监控分析中心间通过数据传输系统连接成一体形成专用网络。在我们进行测量之前首先要确认移动GPS已取得CORS基准站的受权拥有账号和密码。
    当我们连?#30001;CORS站能够获得解算时我们要注意我们此时获得的坐标系统是CORS基站的坐标系?#24120;?#35201;与我们所做工程的系统一致的话我们不仅要设置坐标系统参数如中央子午线、横轴加常数、比例、平均纬度等还要进行投影转换这时我们可根据工程要求和已知点情况进行三参数、四参数或七参数改正将CORS坐标系统转换到我们工程所需坐标系统中来。切记参数计算时定要用无任何转换参数所测量的数据与工程坐标系统中的已知数据计算。笔者在湖北一公路工程中用湖北CORS基站经转换后与工程已知坐标点检查的部分结果见表一。其结果充分肯定了CORS基站能满足我们道路测量的平面精度要求。
     
     
    HBCORS测量四等GPS点与静态三等GPS点校核成果表 (表一)
    点号
    XH
    YH
    XJ
    XJ
    SX
    SY
    D
    GPS1
    3414125.7
    498612.28
    3414125.7
    498612.29
    -0.01
    -0.008
    0.013
    GPS11
    3414853.1
    494847.74
    3414853.1
    494847.75
    -0.011
    -0.009
    0.014
    GPS12
    3415103.4
    494783.87
    3415103.4
    494783.86
    0.001
    0.008
    0.008
    GPS21
    3417293
    490592.55
    3417293
    490592.53
    -0.039
    0.026
    0.047
    GPS29
    3418610.7
    487820.21
    3418610.7
    487820.22
    -0.015
    -0.01
    0.018
    GPS65
    3424042.4
    486260.57
    3424042.4
    486260.56
    -0.016
    0.006
    0.017
    GPS74
    3427215.5
    483682.73
    3427215.5
    483682.73
    -0.002
    -0.002
    0.003
    GPS80
    3424895.4
    483869.55
    3424895.4
    483869.53
    -0.02
    0.016
    0.026
    GPS81
    3424455.1
    483849.56
    3424455.1
    483849.56
    -0.013
    -0.001
    0.013
    GPS93
    3419702.2
    485389.57
    3419702.2
    485389.57
    0.016
    0.001
    0.017
        
    ?#27604;?#20844;路的纵横断面测量在高程精度上要求也很严格我们用GPS-RTK测量在经过参数改正的情况下在5KM范围内一般精度在±3CM内。笔者在316国道改建项目中在一些公路连接处用四等水准高程和RTK高程进行了对比结果如下表二。
            
                 公路连接水准测量               表二
    点号
    X坐标
    Y坐标
    水准高程
    RTK高程
    高程差
    1
    3432829.27
    479615.55
    28.837
    28.832
    0.005
    2
    3432835.00
    479633.77
    28.821
    28.818
    0.003
    3
    3432840.66
    479651.72
    28.838
    28.83
    0.008
    4
    3432845.14
    479668.00
    28.838
    28.83
    0.008
    5
    3432850.19
    479684.98
    28.787
    28.778
    0.009
    6
    3432855.74
    479707.25
    28.817
    28.821
    -0.004
    7
    3432872.69
    479696.01
    28.876
    28.863
    0.013
    8
    3432864.68
    479676.49
    28.804
    28.792
    0.011
    9
    3432859.91
    479660.79
    28.833
    28.836
    -0.003
    10
    3432854.89
    479641.06
    28.819
    28.825
    -0.006
    11
    3432849.26
    479621.72
    28.849
    28.841
    0.008
    12
    3432846.81
    479611.92
    28.806
    28.815
    -0.009
           ?#30001;?#34920;的结果中我们不难看出RTK的高程精度能够满足一个四等水准的要求?#27604;?#21069;题条件是做参数计算的已知点离我们测量的外域比较近上表测量时已知点在1KM范围内。
    通常我们进行道路测量时设计者会给我们提供一个曲线要素表如下(表三)
     
     
    直线、曲线及转角表

     

                           上表为交点法的要素表一部分我们利用GPS-RTK测量时可以方便快捷的把这些要素文件编辑为仪器可读入格式然后我们可以预览平面、进行里程坐标检查如下图
                              图一
    当我们检查各项数据无误后我们便可?#36234;?#34892;道路放样按照设计数据和纵断面的各项要求放出纵断面中桩并把他测量记录下来。如图二我们放样是仪器会直接告诉我们偏距和方向我们测量起来方便快捷。注意测量时一定要是固定解。
    图二
    在我们进行横断面采集时我们只需要定义要测断面的里程桩号和断面边距仪器?#19978;?#31034;出横断面线同时显示出我们离横断面线的垂距和纵断面中线的偏距测量起来非常方便。
    1.2 CPS-RTK测绘断面数据处理
    采用GPSRTK测量我们的设备可以保存最具检查价值的原始坐标数据格式坐标数据文件可以直接导入到南方CASS中方便我们检查纵横断面实测和设计的偏移量?#27604;?#36824;可以根据用户需要导出各种不同的格式如纵断面可以导出坐标高程?#37096;?#30452;接导出里程高程横断面的格式更多如我们常用的格式
    1 //断面序号
    47 //断面里程
    -0.015 -0.436 //离中心点距离 高差左边
    0.013 -0.329 0.034 -0.036 //离中心点距离 高差右边
    用户?#37096;?#20197;根据自己需要的格式定义各种成果输出法方便生成断面图所采用的不同程序。
     
     1.3 CPS-RTK测绘误差的分析处理
    (1)仪器本身的误差
    因仪器的硬件、软件对GPS信号分辨率的误差和天线相位中心的偏移误差、天线对测量误差、天线高测量误差等仪器本身的因素引起误差只能通过测绘人?#26412;?#37327;满足最佳测量标准来减少误差。
    (2)测绘过程中引起的误差因素
    除了仪器本身的误差之外还有外界因素引起的误差具体情况主要有卫星运行轨道和地球自转对数据精?#33539;?#30340;影响、卫星传输数据时受到干扰和测绘基站与移动GPS传输数据时?#21442;?#20197;及其他物体对信号的削弱或数据丢失引起的误差。
    对于卫星运行轨道和地球自转对数据精?#33539;?#36896;成的误差不可能避免只能通过选择最佳的观测时段和尽量满足最佳测量标准的基准点来最大限度地减少误差。测绘基站与移动GPS传输数据时?#21442;?#20197;及其他物体对信号的削弱或数据丢失引起的误差可以通过减少导致这种测量误差的最主要因素的途径解决。即在测量?#27604;?#20445;移动GPS信号运动与数据传输的范围内尽量不在高大的树下?#35789;?#29616;。
    (3)坐标转换会带来误差。对于坐标转换误差来说有两个误差源一是投影带来的误差二是已知点误差的传递。但通过设置RTK控制软件采用的投影为抵偿投影(中央子午线为基准站所在点的经度投影面可选为测区平均高程面)的方法可?#38498;?#30053;投影误差。只需考虑已知点误差的影响。当平面已知点只有两个时则只能满足计算坐标转换四参数的必要条件无多余条件也就不能给出坐标转换的精度评定。  
     二、GPS-RTK?#38469;?#22312;断面测量中?#38469;?#29305;点分析
      传统的断面测量工作需要将仪器放置在一已知点然后指?#20248;?#28857;人员在线路的断面上进行测量。?#34892;?#26029;面测量尤其是在进行曲线测量时要先靠跑点人员的工作经验大致跑到曲面的断面点上经过仪器操作人员测量后再计算出跑点人员断面点的偏移量跑点人员再到真正的断面点上测量。遇到视线上有障碍物时还要转测站非常费工费时。应用水准测量时高差变化较大时进度缓慢。本次工程中利用线路已有的高程控制网点(每公里要求有一个四等水准点)进行对GPS拟合高的及时校正比对保证了GPS-RTK采集到的高程数据的数学精度满足中平测量的精度要求同时节约了计算数据的时间、节约了测绘成本。  
       三、GPS-RTK?#38469;?#22312;应用中存在的不足及解决办法
    (1)卫星状况影响GPS-RTK?#38469;?#27979;量中的精度
    当卫星系统运行至美国最佳时段时因相隔半球之遥。可能会产生假值。而且世界上的某些地区仍然不能很好的被卫星系统覆盖也会产生假值。在高山、峡?#21462;?#26862;林区域、城市高楼密?#35760;?#22495;卫星信号会被遮挡很长时间使得一天中可以用于测量的时间受到很大的限制。对产生假值的解决方案是选择合适的工作时间通过采用测设已知点的CPS-RTK测量成果的方法来发现数据中存在的质量问题。
    (2)GPS-RTK高程收敛的稳定问题
    GPS-RTK外业坐标数据采集时需要作业者?#24863;庁?#37319;集每个点位的坐标时一定要用轻便强制对中?#21496;范?#20013;并在固定解的情况下高程收敛指标RMS值小于0.01的时候采集这样采集的数据才能满足中平测量的数学精度。GPS拟合高程值可以保证1.6厘米的数学精度。   
     四、结束语 
     GPS-RTK?#38469;?#22312;公路测量中的有选点灵活,布网方便,不受通视、网形的限制,测量速度,精度高等优点,大大提高了工作效率,保证了公路勘测、放线精度。随着RTK?#38469;?#25552;高,软件的完善,这项?#38469;?#22312;公路勘测设计、公路施工放样等领域有着更广阔的应用。
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