RTK点校正的工作原理及其应用

1、RTK点校正的工作原理及其应用作者：邹金晶来源：科技视界 2013年第23期邹金晶(南宁东测科技有限公司，广西 南宁 530023)【摘 要】在工程测量的项目中，GPS-RTK的技术已得到了广泛应用。本文通过GPS接收 机获取WGS84坐标，再将WGS84坐标转换为测区的地方坐标。而实际的工作中，通常不知道地 方坐标系统的投影和基准转换参数，我们可以通过点校正，求出坐标系统的转换参数，使 WGS84坐标转换为当地的地方坐标。【关键词】RTK；定位原理；椭球参数；三参数；七参数；点校正0 概述在工程测量的工作中，GPS的技术已得到了广泛应用。在GPS测量中，经常要进行坐标系 统与基准的转换。本质

2、上也就是在不同的参考基准之间进行转换。转换也会带来误差，该项误 差主要取决于已知点的精度和已知点的分布情况。GPS RTK计算定位原理在阐述RTK校正之前，先了解RTK定位的基本原理。实现基准站和流动站之间的通讯后， 可以利用流动站取得观测量并进行解算。观测量基准站和流动站之间的差分载波相位等随机观测量(一般采用双差分载波相位观测量)。未知参数 随机的动态点坐标、非随机的载波相位整周未知数。使用最小二乘的平差计算方法，将双差分观测方程按泰勒级数分元展开 V=AlXXl+A2XX2-f其中，X1= (dX,dY,dZ)，为未知点坐标的改正数；X2= (Nji)，为载波相位的整周 模糊度。按最小二

3、乘法的原则VTPV=min，用消元法先消去XI,求出X2。如果不将模糊度整数化，代入法方程求出X1= (dX,dY,dZ)，此解称为浮点解。只能达到 分米级精度。如果将模糊度整数化，代入法方程求出X1= (dX,dY,dZ)，此解称为固定解。就可以达到 厘米级精度。设(XO, YO, Z0)为未知点的近似坐标，则流动站坐标：Xi=XO+dX, Yi=YO+dy, Zi=ZO+dz通过坐标转换参数，将观测值转换为用户坐标系统下的坐标。精度评定由于GPS RTK定位的数据处理过程属于计算基准站和流动站之间坐标差的过程，不存在网 平差处理,所以精度评定跟静态测量基线处理的精度评定相似,一般使用以下指

4、标：载波相位的整周模糊度是否固定GPS RTK测量规范规定，流动站距离基准站的距离不能超过15公里。在15公里之内，数 据处理的载波相位的整周模糊度能够得到固定解,这样定位精度才能达到厘米级。均平根 RMS (Root Meam Square)RMS在这里表示RTK定位点的观测值精度，它是包括大约70%的定位数据的误差圆的半径。 RTK测量中一般用单位(米)表示RMS。只有点位观测值精度达到要求时，载波相位的整周模糊度才能够得到固定解，坐标精度才 能满足精度要求。一般使用平面均方根HRMS和高程均方根VRMS两方面的均方根。坐标系统及参数介绍WGS84坐标系统World Geode tic S

5、ys tem 1984,是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统，它是一个 地心地固坐标系统。WGS84坐标系的原点位于地球质心，z轴指向(国际时间局)BIH1984.0定 义的协议地球极(CTP)方向，x轴指向BIH1984. 0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴通过右 手规则确定。WGS-84系所采用椭球参数为：长半轴 a=63781372m扁率 f=1/298.257223563地球引力常数GM=3986005km3s-2正常化二阶带谐系数C2.0=-484.16685X10-6地球自转角速度 s=0.7292115X10-6rad.s-11954年北京坐标系统1954年北京坐标系统

6、源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系，参考椭球为克拉索 夫斯基椭球。该椭球的参数为：a=6378245mf=1/298.3该坐标系统存在着椭球参数有较大误差、参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明 显的系统性倾斜、参考面不统一、定向不明确等缺点。1980年西安大地坐标系1980年西安大地坐标系原点位于陕西省泾阳县永乐镇，天文大地网整体平差，所采用的地 球椭球参数的四个几何和物理参数采用了 IAG 1975年的推荐值，它们是：长半轴 a=63781405m短半轴 b=6356755.2882m扁率 a=1/298.257椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向1968.0 JYD

7、地极原点方向），起始子午 面平行于格林尼治平均天文子午面。椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，以1956年青 岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。独立坐标系统对实际的测量工作中，有些项目有自己的独立坐标系统，各个坐标系统不统一，参数也尽 不相同。GPS-RTK的点校正RTK点校正就是把WGS84坐标转换为当前项目的坐标系统而进行转换参数的求解。基准之 间的转换最为常用的有莫洛登斯基三参数转换法、布尔莎七参数转换法。三参数指三个平移参 数Ax、Ay、Az。七参数指三个平移参数Ax、Ay、Az,三个旋转参数x（）、y（）、 z （“）和一个缩放参数m（ppm）。一般而言，三参数法应用小范围的测量

8、中，精度较差；而七参数法应用于大范围的测量项 目，已知点的精度及分布情况对点校正的精度有直接的影响。在项目实际实施的过程中，一般 布尔莎七参数转换法。为了较为准确地进行点校正操作，我们通常需要3-5个高等级的控制点，应均匀分布于测 区的四周及测区的中央。开始图根测量、放样测量前，要完成点校正的操作。RTK点校正可以在室内根据已有数据计算，也可以到野外采集已有控制点坐标计算。不论 在室内还是野外，在进行点校正前都应该新建一个项目，在该项目中保存点校正的结果。依据 我们对地方独立坐标系的坐标系的转换参数知道多少的情况，在新建项目时对新建项目的坐标 系进行部分的定义，通常情况下地方独立坐标系所使用的

9、参考椭球都是克拉索夫斯基椭球，即 其长半轴a = 6378245m，扁率f = 298.3，假如知道坐标系的投影参数，那么在新建任务时可以 定义它的转换参数，而基准转换则选择无转换。如果我们对坐标转换的参数一无所知，则在新 建任务时坐标系统的定义选择为无投影/无基准。实例应用在一个测区内，如果我们已知控制点的地方坐标（x,y,z）和控制点的WGS84坐标 （B,L,H），那么转换参数可以在室内计算求出。某测区有四个已知控制点，他们的地方坐标和WGS84坐标如表1：Fl*时冋in1幣11I.-JMOW.(6(II诙Ul.fi1；湖轴曲IEm細恥:紅:和!閣5训5m在室内通过数据处理软件计算，可求

10、出布尔莎七参数：Ax=221.473656m,Ay=87.472307m,Az=11.263277m,ex =-0.32489 ey =2.11285 , ez =-3.36142，m=0.178137ppm在RTK手簿设置中，需选择对应的椭球（源椭球选“WGS84”，当地椭球“国家80”）、投 影方式（高斯三度带、中央子午线“ 108： 00：00.00000E”）及椭球转换模型（布尔莎七参 数），将七参数输入RTK的手簿。再运用软件自带的点校正功能到实地一点位进行控制点校正, 校正完成后，再到另一控制点实测检查校正精度，精度满足要求即证明点校正的工作完成。针对要求现场求出坐标的放样、放线等测量工作，则必须先进行点校正的操作。综上所述，点校正操作在实际工作中是很有必要的，已经在实际工作中取得了广泛的