刚果（金）SICOMINES矿区控制测量中RTK高程精度的探讨

　　摘要：随着GPS-RTK在工程测量中大范围的普及应用，由于RTK高程测量精度的不确定性，结合实际工程中测量数据的统计、分析结果，针对影响RTK高程测量精度的各种因素，提出了提高RTK高程精度的具体措施。得出了在小测区范围内RTK高程测量的精度能满足图根高程的结论。
　　关键词：GPS-RTK，高程精度，粗差
　　1． 引言
　　在测绘工作中，GPS-RTK以其定位精度高、效率快、不要求点位相互通视、自动化程度高、误差累积小、测绘成果统一、操作简单、全天候等优点，在测绘各个领域被广泛运用。
　　RTK系统包括三部分即基准站、移动站和软件系统。基准站由双频GPS接收机、GPS天线、发送电台及天线、电源等组成，移动站由双频GPS接收机、GPS天线、接收电台及天线、手薄、电源、对中杆等组成，软件系统由支持实时动态差分的软件系统(如WindowsCE)及工程测量应用软件组成。
　　它通过在基准站上安置一台GPS接收机对所有可视的GPS卫星进行连续观测，并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送给移动观测站。在移动站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号同时通过无线电接收设备接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地计算并显示移动站的三维坐标及精度
　　在实际工程测量中，RTK所采集的为WGS-84坐标，其平面坐标经过差分处理，修正值改正后其相对精度较高是毋庸置疑的，已得到了广泛应用并取得了显著的经济效益。但高程精度在由大地高向正常高转换中，由于方法不同和高程异常的不确定性，导致高程精度存在不确定性，故需对影响RTK高程精度的因素进行一定的分析研究．以确定RTK拟合高程的可行性。
　　2． RTK高程拟合原理
　　地面点沿椭球法线到参考椭球面的距离称为大地高，用H表示。地面点沿铅垂线方向到似大地水准面的距离叫做正常高．用h表示。似大地水准面与椭球面之间的距离称为高程异常。用ξ表示．其关系式如下：
　　ξ=H-h
　　因此要将GPS测得的大地高转换为正常高就需要精确获取该异常差值。
　　
　　图1大地高正常高高程异常关系图
　　三者中已知任何两个即可求得第三个．由于GPS—RTK技术一般用于局部区域测量，在一定范围内高程异常虽然不为常数，但可以认为在此范围内变化平缓。通过采集一定数量已知控制点的近似大地高，经数学函数拟合．求得能反映GPS—RTK网控制范围内高程异常变化的函数，通过内插求得测区中其它各未知点的高程异常。常用的拟合方法有直线拟合、二次曲面拟合以及多面函数拟合等等．当测区起伏不大，比较平坦时，对应的高程异常面一般可用平面或二次曲面拟合．但若某区域的似大地水准面较复杂，可以采用二次曲面等较为简单的函数对移去后的曲面进行拟合，然后再将移去的EGM96高恢复，可望得到较好的拟合结果[1]．
　　3.工程实例
　　SICOMINES铜钴矿区位于刚果（金）南部科尔韦兹市西偏南，该地区为热带草原边缘得带，平均海拔1430米。测绘工作区面积为11平方公里，测区范围内分布有两个大型采坑，采坑内积水，多个大型渣山，测区北部为灌木丛区，中部分布大片量尾沙区。适逢雨季结束，开始旱季，植被茂盛，杂草丛生，灌木、杂草均达到2米，通视条件不理想。
　　测区首级控制采用GPS静态观测布设，精度达到D级，各点高程采用四等水准测量数据。四等水准网最弱高程中误差为±0.6cm。测区范围内图根点大部分采用等外水准测量。
　　测量采用中海达ZHDV8RTK系统，基准站架设在地势相对较高、视野开阔、交通方便且安全的地方。为了得到较好的高程精度，三个校正点均匀分布在测区范围内，应用RTK测量D级GPS控制点和经水准测量的图根控制点的高程。数据统计如下表：
　　表1RTK高程与水准高程比较

　　由表1中数据计算得出平均误差为21mm,中误差为32mm。从以上统计数据可以看出，较差最大的为62mm，较差最小的为4mm，根据《工程测量规范》规定，最后一次加密的高程控制点(图根高程控制)，对邻近基本高程控制点的高程中误差不得大于±h／10(h为测图等高距)．结果表明，RTK高程精度满足大比例尺地形图测量对图根控制高程精度的要求。RTK测量的高程可以代替五等水准高程
　　4.影响RTK高程精度的因素及采取的措施
　　4.1影响RTK高程精度的因素
　　（1） 接收机公有误差：GPS卫星，卫星信号的传播过程中产生的误差，如：卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等。
　　（2） 接收机自身观测误差：通道延迟、天线相位中心变化、接收机内部噪声等。
　　（3） 校正点得精度及选择校正点得分布。如果校正点坐标精度低，流动站测得三维坐标将带有系统偏差，校正点分布是否均匀会影响到函数拟合面是否合理。
　　（4） 外界观测环境的影响。作业时周围是否存在树木，房屋等障碍物影响观测精度，高压电塔等影响信号质量。
　　4.2为提高RTK高程精度应采取的措施
　　（1）与卫星、接收机有关误差，应合理选择设置基准站，限制移动站作业半径，远离大型电磁干扰源和大面积信号反射面等。作业前根据星历预报编制观测计划，选择最佳卫星分布，保证卫星与接收机之间具有较强的图形强度。
　　（2）提高大地高的测量精度及校正点高程精度，大地高测定的精度是影响GPS一RTK高程测量精度的主要因素之一。这可以从提高起算点精度，缩短基线距离，采用双频机，精确量取仪器高和流动站高[2]，严格对中整平。采用水准精度高的校正点作为参数系统的起算点，减少起算点误差与接收机测量的大地高匹配以减少残差，调高参数的相吻合性，获取最终启动参数。
　　（3）校正点分布要合理、均匀。根据测区的不同情况校正点最好成几何图形均匀分布于测区范围内，高程要联测几何水准[3]。对含有不同趋势地区的大测区，可采用分区选取的办法，避免从一端向另一端无限制的外推。以获得与函数拟合面的最佳相似，减少内插产生的异常残差。在测量工作中校正点个数必须保证在3个以上，已知点越多精度越高。
　　（4）测量用RTK选用高精度，性能稳定且受外界环境因素影响小的仪器。RTK观测的采样间隔为1s，每次测量的历元数不小于10个，单次观测的平面收敛精度应小于2cm，高程收敛精度应小于3cm，因此要求RTK测定的点必须是固定解状态下测定。作业过程中，有效卫星个数应不少于5个，PDOP值不应大于6。
　　（5）在野外观测中，由于地形条件和天空卫星分布情况，致使GDOP值较大，而GDOP值较大时容易出现粗差，而RTK作业可靠性只有95%-99%，因此RTK作业不可避免出现粗差，剔除粗差方法为：一、增加多余观测值，多次进行初始化观测，比较观测值剔除粗差。二、在测图时用全站仪检较，检查是否存在粗差。
　　5.结束语
　　综上所述对GPS-RTK进行高程测量的误差来源进行了分析，在严格控制各项误差，采取诸多控制措施，选用合理作业方法，从根源处进行质量控制，高程精度能够满足图根高程所需。因此，在小范围测区内（辐射距离不宜过长，应小于2KM），采用多点校正的RTK测量，省时、省力，高程精度可靠。随着GPS技术的发展和应用，RTK将在多方面取代传统测量，尤其在应用RTK与全站仪的相配合的作业中，在解决GPS信号盲区的同时将大大提高工作效率，提供更加稳定可靠的数据成果。
　　
　　参考资料
　　[1]成伟．GPS高程拟合的若干问题研究[J]．地质测绘，20(5)：4—5．
　　[2]崔玉柱，邓增兵。HD5800RTK山区高程测量精度介析[J]。煤。2007（9）；60,69。
　　[3]潘观平.RTK测量校正点布设对高程拟合精度影响[J]。江淮水利科技，2009（2）；34-35。