RTK技术在像片控制测量中的应用
摘要：通过与现有的方法的分析比较，论述了GPS RTK技术不仅可以满足像控点测量的精度要求，而且与常规方法具有很大的优越性，展示了RTK在航测中的广泛应用前景。
关键词：GPS RTK；像控点测量
一、 概 述
W市为了城市快速发展的需求，需要测绘市区1:500和该市开发区1:1000地形图进行城市中长期设计规划，本课题组承担了该市测区全部的航空摄影测量外业控制测量任务，测区共需测设像控点400余个，测区面积约为80km2。
测区内市区建筑物较多，在经济开发区和郊区有村庄、池塘、树林等，测区地形以丘陵为主，山上树木茂盛，通视条件较差。在测区内有1990年测量的三等控制点四十余个，但因城市发展和人为破坏，只有少数的控制点可以使用，大部分已经无法使用。
像控点采用ASHTECH Z-X型仪器进行测定，从测量结果来看，RTK
技术不仅可以满足像控点的精度要求，而且可以大量节省测量时间，与传统像控点测量方法相比显示了较大的优越性。
二、 像片控制点的一般测量方法
测定像片控制点的平面坐标，通常采用的方法：①导线。较长路线采用符合导线；短距离通常采用支导线法。②线形锁。③交会法。当已知点为三个时，采用前方交会或侧方交会；已知点为四个是可以采用后方交会。④引点法。在通视条件受到限制时，可以采用引点的方法在通视较好的地方做一个过渡点。
高程控制点根据地形条件可以采用：①高程导线；②测图水准和经纬仪水准；③三角高程路线；④独立交会高程点。
上述传统的像控点测量方法在该市的实际测量中收到了诸多限制：
① 高等级的控制点成果很少，采用传统测量方法实施困难极大；
② 由于像控点大多都位于房顶和明显地物折角顶点等影像清晰的明显地物上，往往这些点的通视条件较差，施测中需要投入大量的辅助性工作，成本高；
③
工程时间要求紧，采用上述方法，一天只能测量5~6个点（依据在该市实际进行实测的情况），在困难地区有时只能测量3~4个点，根本无法如期完成测量任务；
④ 应用传统的测定方法，内业计算工作量较大，且出错率高，返工现象较严重。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（40171082），测绘遥感信息工程国家重点实验室资助项目（WKL（02）0201）
作者简介：鲁铁定（1974- ），男，陕西富平人，硕士，讲师，主要从事测量数据处理及GPS应用研究。
由于在该测区应用传统的像控点测定方法很难实施，所以，所有的像控点采用了GPS RTK技术，采用两台ASHTECH
Z-X双频GPS接收机实时动态测量模式进行。
三、 RTK原理
GPS实时动态测量（Real-Time
Kinematic）简称RTK，具体作业方法是在已知点上设置一台GPS接收机作为基准站，并将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS控制手簿，一至多台GPS接收机设置为流动站。基准站和流动站同时接收卫星信号，基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站，流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理，实时得到本站的坐标和高程及其实测精度，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较，一旦实测精度达到预设精度指标，手簿将提示测量人员是否接受该成果，接受后手簿将测得的坐标、高程及精度同时记录进手簿。
四、 技术要点
1、 基准站的选择
RTK定位测量中，流动站随着与基准站距离的增大，初始化的时间将会延长，精度将会降低，所以流动站与基准站之间的距离不能太大，一般不超过10km范围。目前国际测绘领域的RTK，无论是单频和双频RTK系统，都采用UHF电台播发差分信号，为了接收到基准站发射的差分信号，要求基准站和流动站之间的天线必须“准光学通视”。这在沙漠、戈壁、沙滩、岸边、平原等地区的几公里范围内，一般都能顺利进行RTK测量。但在城区和丘陵地带则难以成功实施RTK测量。为了提高各点到基准站的距离，应使其能准光学通视，在测量中，事先选择了测区均匀分布的6个已有国家坐标的四等点作为控制点，在其上设置基准站。同时要考虑到基准站上的“净空”，即基准站上空无卫星信号的大面积遮掩和影响RTK数据链通讯的无线电干扰，以及提高基准站天线的架设高度。
2、 坐标转换参数的求解
在测区像控点的测量中，要求采用的是国家北京54坐标系，因此在RTK作业时，流动站所得到的坐标应为高斯平面坐标。求取转换参数的方法主要有①在有控制点的WGS-84坐标和国家北京54坐标时，根据两套坐标系统建立关系求得转换参数；②在测区已经进行了GPS控制测量，应用已求得的转换参数人工输入转换参数，从而进行两种坐标的转换；③采用地图投影的方式，即使用已知的投影方式来确定转换参数。在使用②和③方法进行求取转换参数时，基准站的坐标必须放在已知点上，而且基准站的WGS-84坐标必须是已知的国家北京54坐标通过已知的转换参数和投影方式反算得到。
应用控制点求解转换参数时，可以有不同的作业方式：①基准站位于已知点上，该点的WGS-84坐标的获得可以采用已有的静态数据，直接将控制点的WGS－84坐标和北京54坐标输入手簿直接求取，或者也可以点采集的方式获取，此法是在无WGS－84坐标成果的情况下使用的一种方法，基准站的WGS－84坐标通过单点定位得到，再用流动站到控制点上去采集WGS－84坐标，然后再应用采集的数据进行转换参数的求取。②当在某些特殊的地方，无合适的控制点坐标来设置基准站，可以采用基准站任意摆放的方式，即虚拟一个基准站的北京54坐标，基准站的WGS－84坐标直接测量手簿读取，然后流动站再到各个控制点上去采集WGS－84坐标，由于基准站的北京坐标是一个虚拟坐标，所以在求解转换参数时基准站不得参与转换参数的求解。
在求解转换参数时，要求控制点的个数在3个以上，此外，通过实际作业发现，利用远离作业区的控制点求解的转换参数，误差较大，所以在求解转换参数时，最好使用作业区附近的控制点来求解转换参数。
3、 RTK作业前的检验
RTK测量的可靠性取决于数据链传输质量和流动站的观测环境，虽然RTK技术使用了较好的数据处理方法，但毕竟RTK使利用非常有限的数据量，而且实时处理难以消除由于卫星信号暂时遮掩、无线电传输错误所造成的误差。对于每日施工前、设置新的基准站和接收机或控制器内的数据或参数更新后都要进行复测检核。通过检验，一方面可以发现在基准站和流动站设置中的问题，另一方面可以检验RTK作业的精度情况是否可以满足像控点的精度指标。
在作业中RTK的检验可以采用测区内的高等级控制点，即在设置好基准站和流动站后，求解完转换参数，测定点的坐标前，将流动站放置到已有的未参与参数转换的控制点上进行比较，然后将测定坐标与已有的成果进行比较。此外，为了提高像控点测定的可靠性，在检验时，尽量使检验点在该基准站作业范围的边缘（一般距离基准站在5km左右）。
在控制点成果较少的情况下，也可以使用前一次测定的结果与本次测量结果进行比较，以达到检验的目的。
通过在测定过程中的实际检验情况，与已有的高等级控制点的检验较差最大为5.49cm，高程较差最大值为7.2cm，均可以满足对像控点的精度要求。
4、 RTK作业中注意的问题
在应用RTK测量中，要注意以下几个问题：①减少信号的干扰。对于基准站而言，要避开在测站周围100-500m范围的UHF、VHF、TV和BP机发射台，避开用于航空导航的雷达装置等强电磁波辐射源。②在进行RTK测量前，要登录相关网站查看太阳的活动信息，避开太阳黑子爆发活动期。在太阳活动平静期，其影响小于5ppm，当太阳黑子爆发时，其影响可达到50ppm。实践证明，在太阳黑子爆发期，不但RTK测量无法进行，即使静态GPS测量也会受到严重影响。③作业前，使用随机软件做好卫星星历的预报，应选择PDOP值小于5的情况下进行RTK测量，否则在野外测量中很难得到‘固定解’。
五、 结论
1、
与传统像片控制测量相比，RTK技术不仅能达到像控点测量的精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差的积累，完全可以满足1：500,1:1000航测成图的要求。
2、
通过20余天的实际测量结果来看，RTK技术用于像控点的测量，操作简便，灵活方便，不但可以大幅度提高测量速度，而且能够大大减小作业人员的劳动强度，这在像控点测量中优为显著。
3、 基准站的选择对于RTK测量非常重要，它将直接影响到流动站的施测精度和测量速度，应注意二者之间的“准光学通视”。
4、
应根据测区的实际情况选择合适的坐标转换参数求解方法，参与坐标转换的已知点应在3个以上，且分布要均匀，做到在满足精度要求的情况下，尽可能的减少外业的工作强度。
参考文献：
[1]GB 7931-87，1:500,1:1000,1:2000地形图航测摄影测量外业规范[S].
[2]刘大杰，施一民等.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海:同济大学出版社，1996.
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