RTK测量中参数的选择

智慧测绘2021-11-20 11:12:12


RTK测量在WGS-84坐标系下可得到较高的精度坐标,但通常测量工作中我们需要得到的是地方坐标系下的坐标,因此需要通过一定的坐标系统转换将WGS-84坐标转换到地方坐标系中,从而满足用户的要求。在坐标系统转换的过程中,根据原始的WGS-84坐标系转换到地方坐标时产生的固定的数值,即为我们所认知的RTK测量参数。

一、RTK测量参数的分类

根据在坐标转换过程中所生成的参数的具体数值的数量不同,我们通常把测量参数分为三参数、四参数以及七参数。其中,三参数的具体数值为DX,DY,DZ;四参数的具体数值为DX,DY,∆ɑ,K;七参数的具体数值为DX,DY,DZ,∆ɑ,∆β,∆γ,K。

在这些数值里,DX,DY,DZ代表在坐标系转换的过程中通过椭球的基本模型以及所在地区投影参数的设定而得到的坐标值与该地区已知控制点坐标之间在三个方向的差值,∆ɑ,∆β,∆γ表示在坐标系转换之后产生的旋转误差,K代表缩放尺度。

二、RTK测量参数的控制范围

在用RTK进行测量的过程中,如何根据需要去选择自己适用的参数,一直是大多数测量人员比较困扰的问题。当我们在一个新的测区进行作业的时候,根据已得的资料,我们可能有一个控制点,或者2到3个控制点以及更多,在进行坐标转换的过程中,这些点如何取舍,在能够保证精度的同时,如何尽可能的保证其测量值的稳定性以及让操作更为简单,我们需要了解参数的生成过程以及其相应的控制范围。

三参数是一种简单的强制拟和的方法,对点的数量要求不高,可以平面和高程分开处理,其高程误差不影响平面。不需要相关的投影和椭球信息。适用于小区域以及独立坐标系统,在小的区域几个点转换的精度甚至优于七参数结果。只适用于小的区域,不能进行外推,在外推时精度损失很快。

七参数适用于大的区域,可以进行部分外推,精度均匀可靠,是最严密的转换方法。对点的数量要求,最好要3个点以上,而且需要平面和高程都有(少于3个点也能做,但一个点只能求三参数,少于3个点不能求出七参数),另外需要相关的椭球和投影信息。

四参数是界于三参数和七参数的一种过度,具有两者的优点,可以适用于大的区域,对点的数量和点的平面及高程可以分开提供。在转换时,平面和高程互不影响,而且精度均匀可靠。需要预转换,即在进行四参数转换时,需要一个参数作为预转换,需要椭球和投影的有关信息。

三、如何求转换参数

这里我们以南方测绘所生成的RTK为例,具体说明怎么求转换参数。

1)求三参数:在南方工程之星3.0软件里,新建工程,设置好相应的坐标系统后,直接进入校正向导功能里:输入→校正向导,选择基站架设方式,输入校正点坐标,天线高(*基站架设在已知点上,天线高输入基站量取得斜高,选择斜高;基站假设在未知点上,天线高输入移动站队中杆显示高度,选择杆高),选择校正,气泡居中的时候选择确定。参数直接应用到本工程之中,即校正完成后即可进场RTK测量。

2)求四参数:在求四参数的时候,通常在工程之星3.0软件里,根据已知控制点中有高程值的点的数量,会自动进行高程拟合并生产高程拟合参数。高程拟合参数可以很好的弥补四参数在高程控制方面的弱势,但要生成完整的高程拟合参数,需要最少7个以上的高程数据。

求四参数的时候,需要设置好相应的坐标系统数据,其中椭球系的选择,中央子午线的设置尤其重要,当有地方坐标系统或工程坐标系,对坐标系统有明确说明的数值,根据其具体说明进行修改,如果没有说明按坐标系统默认值进行设置。之后,进入到求转换参数的功能里(以仪器假设在已知点为例)。

基站架设在未知点,然后移动站到A号已知控制点上后→输入→求转换参数→增加→输入A号点的坐标→确定→气泡居中的情况下点读取当前点坐标 →输入移动站的天线高→确认→保存→任意起个名字保存一下→应用。移动站到B号已知点上后→增加→输入B号点的坐标→确定→气泡居中的情况下点读取当前点坐标→输入移动站的天线高→确认→保存→任意起个名字保存一下→应用。

在南方工程之星软件里,只要给予相应的数据,参数值自动求得。

3)求七参数:作为一个高精度可信度较高的参数,其求取计算的过程相对来说比较精密,通常需要做静态控制测量,并在后期内业解算的时候求得转换参数。在南方工程之星软件中,有一项计算七参数的功能,当我们知道3个以上一直控制点的平面坐标,以及原始WGS-84的平差经纬度后,可以输入已知数据,进行参数计算。

四、求参数注意事项

在求转换参数的时候,有一些不太明显的事项需要注意,这也是很多测量人员在测量过程中所没有注意到的。

我们第一需要注意的就是,DX,DY,DZ做为平移量,作为三参数的主要组成部分,它还是指示基站位置变化的量值。也就是说,当基站的启动信息发生改变的时候,三参数也要有相应的改变,以迎合基站的变化信息。如果基站的启动信息发生改变,而三参数没有变化,那么最后我们测量的结果就会有明显的偏移。

因为三参数可以修正基站的位置变化,所以在测量过程中,它经常与四参数或七参数重叠在一起使用的,即在启用四参数或七参数之后进行单控制点校正,计算三参数以修正基站的变化量。这也是为什么我们在有四参数或七参数,并把其输入到软件中后,还需要校正的直接原因。

在我们求参数的过程中,最需要注意的是要有相同的观测条件,这里的观测条件指的是我们取得的WGS-84经纬度的观测条件。比如,当我们用RTK做四参数时,在求参数的过程中,用移动采集WGS-84坐标时,其基站信息需要保持一致,如果在采集WGS-84坐标的过程中,基站有移动或者基站的启动信息发生改变,则求得参数就不是一个精确的控制参数。

为什么同样是平差经纬度,但结果却不一样?如果我们细心观察,可能会发现在不同中央子午线设置,不同的基站启动信息下采集出的相同点经纬度是有所区别的(甚至在同时间下采集的坐标也略有不同),并且其中的区别对求参数的结果又有决定性的影响。这是因为在坐标平差的时候,通常需要一个固定坐标值,然后根据测量平差原理进行平差解算,此时固定坐标值的变化就会对最后结果产生影响。

其中在RTK测量中基站的启动坐标为平差的固定坐标值,所以基站信息发生改变的时候,会影响参数的最终结果。在静态控制测量中,软件一般会随机选择一个点作为固定坐标值,进行平差解算。当我们掌握的数据里,原始的WGS-84坐标是在同一个控制网里生成的,那么我们可以直接使用。如果不是同一个控制网里的坐标,就不可以放在一起求参数。如果两个控制网中有公共标点,我们可以把其中一个网里的公共点的WGS-84坐标,作为另外一个控制网平差WGS-84坐标时的固定坐标值的话,那么两个控制网就可以完美的统一在一起,并产生一个高精度的七参数。


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编辑 测小奇

审核 / 测小巴、测小萌 

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