淺析RTK在線路勘測中關(guān)于轉(zhuǎn)換參數(shù)問題

一. 引言

GPS RTK(Real Time Kinematic)定位系統(tǒng)是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)差分技術(shù)發(fā)展而來的，它能夠?qū)崟r地提供測點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度?；鶞?zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站接收GPS衛(wèi)星和基準(zhǔn)站發(fā)射的數(shù)據(jù)，將兩者進(jìn)行差分處理，求解出基準(zhǔn)站和流動站在WGS-84參考橢球體下的相對位置關(guān)系，然后通過WGS-84坐標(biāo)系和地方坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，將WGS-84坐標(biāo)系下的成果轉(zhuǎn)換到地方坐標(biāo)系中。因而，獲得WGS-84坐標(biāo)系和地方坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)是RTK測量中的必要條件之一。鑒于高壓線路勘測的特點，這里淺析在線路應(yīng)用中關(guān)于求取轉(zhuǎn)換參數(shù)的相關(guān)問題。

二. 地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的原理

WGS-84坐標(biāo)系與地方坐標(biāo)系(1980國家坐標(biāo)系、1954北京坐標(biāo)系或各地獨立的地方坐標(biāo)系)或工程坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換大概分為校正參數(shù)、一步法、經(jīng)典三維(七參數(shù)) 和擬合參數(shù)等方法，按照原理可分為三維轉(zhuǎn)換和平面加高程轉(zhuǎn)換兩種模式。

三維轉(zhuǎn)換模式是在空間直角坐標(biāo)系下進(jìn)行的，大多采用bursa-wolf模型，可分為七參數(shù)以及簡化的三參數(shù)方法，七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型比較嚴(yán)密，適合于大區(qū)域，如30-50km。簡化的三參數(shù)方法適合于小區(qū)域，10km以內(nèi)。平面加高程轉(zhuǎn)換模式是將平面轉(zhuǎn)換和高程轉(zhuǎn)換分別進(jìn)行，這種方式易于實現(xiàn)，也適合于小區(qū)域。平面加高程轉(zhuǎn)換模式中平面轉(zhuǎn)換參數(shù)通常包括平移參數(shù)( ， )、尺度參數(shù) 和旋轉(zhuǎn)參數(shù) 。由于WGS-84坐標(biāo)系數(shù)據(jù)可以用空間直角坐標(biāo)、大地坐標(biāo)、平面直角坐標(biāo)等形式表示，對于不同表示形式的起算數(shù)據(jù)，尺度參數(shù)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)代表的含義只是會有所不同。

三. 在線路勘測中通常使用的求取參數(shù)的方法

RTK在輸電線路中的應(yīng)用主要用于定線，定位，直線樁位及塔位的放樣，另外還有平斷面的測量。GPS所能直接提供的數(shù)據(jù)形式就是坐標(biāo)，RTK最主要的兩大功能就是實時測圖和工程放樣，我們所用的基本都是放樣功能。對于平斷面測量時也同樣是利用放樣直線功能記錄下每個地物的點坐標(biāo)，利用事先約定的點標(biāo)識來區(qū)別不同的地物;也可以利用同樣的方法測量塔位地形圖。RTK技術(shù)應(yīng)用到輸電路的必然與其特點密切相關(guān)：對于線路中的相鄰的轉(zhuǎn)角之間要比較高的精度要求，在同一耐張段所有桿位樁的精度在技術(shù)規(guī)程里要求180°±1′的偏角值。故在線路勘測中相鄰控制點之間相對精度要求比較高，才能滿足線路定位要求。那么只有求取高質(zhì)量的可應(yīng)用于本工程區(qū)域的轉(zhuǎn)換參數(shù)是首要的質(zhì)量保證。

1. 獲取參數(shù)方法通常有以下三種

①、同時有地方坐標(biāo)和WGS-84坐標(biāo)的兩種成果。工程附近區(qū)域有符合起算精度要求的高等級控制點，這些點同時又具有統(tǒng)一的約束平差后的WGS-84坐標(biāo)，利用我們前面說到的三維轉(zhuǎn)換和平面加高程轉(zhuǎn)換來計算得出轉(zhuǎn)換參數(shù)，但前提是這些點的WGS-84坐標(biāo)必須有精確的相對位置關(guān)系。

②、如果高等級控制點沒有對應(yīng)WGS-84坐標(biāo)，或者點比較少。這時我們要根據(jù)實地情況做GPS加密的控制測量，將靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體網(wǎng)統(tǒng)一平差，給出相對精度準(zhǔn)確的WGS84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)再求解參數(shù)。

③、RTK方式直接測取WGS-84坐標(biāo)以轉(zhuǎn)換。只有地方坐標(biāo)成果，可以在一個開闊位置較高地方設(shè)GPS基站，以基準(zhǔn)站為起算位置(這個起算位置的坐標(biāo)由GPS接收機觀測確定，是一個精度有限的大地坐標(biāo)，但它不影響RTK觀測的相對位置關(guān)系)，確定各控制點之間相對精確的位置關(guān)系，并實時測定WGS84大地坐標(biāo)。該方法具體實施時可能會遇到難處，比如控制點的距離太遠(yuǎn)，而RTK的作用距離有限。

在惠州龍門勘測220kV仰天至昆山線路定測中利用以上第1、3 種方法建立坐標(biāo)系,同樣測量了10控制點,其檢測結(jié)果見表1。

表1 RTK測量重合點檢測表

需要說明的是，上面三種情況中，不管是那一種情況，控制點的地方坐標(biāo)必須是相對準(zhǔn)確的，同時控制點的大地坐標(biāo)也應(yīng)該是相對準(zhǔn)確的。靜態(tài)數(shù)據(jù)平差得到的大地坐標(biāo)，不能同RTK實時觀測的大地坐標(biāo)混合在一起來求地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，因為他們起算的基準(zhǔn)可能不一樣。另外，如果有兩個靜態(tài)控制網(wǎng)，沒有進(jìn)行統(tǒng)一平差，分別給出的大地坐標(biāo)，也可能不能混合在一起來求地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，因為一個網(wǎng)中的點和另一個網(wǎng)中的點的大地坐標(biāo)，其位置關(guān)系可能不準(zhǔn)確。對于WGS84坐標(biāo)，我們應(yīng)該保留至少十萬分之一秒。

2.起算控制點的數(shù)量、分布及精度都對求取參數(shù)的影響

①、控制點的數(shù)量應(yīng)足夠。一般來講，平面控制應(yīng)至少三個(如果是兩個我們可以采用求取參數(shù)的第二種方法)，高程控制應(yīng)視線路方向地形地貌條件，山地起伏，數(shù)量要求會更多(比如4個或以上)以確保擬合精度要求。

②、 控制點的控制范圍和分布的合理性?？刂品秶鷳?yīng)以能夠覆蓋線路沿線工區(qū)為原則，一般情況下，相鄰控制點之間的距離在1km~5km，所謂分布的合理性主要是指控制點分布的均勻性，控制點網(wǎng)形基本能覆蓋施測的線路沿線區(qū)域，不能偏離太遠(yuǎn)。當(dāng)然控制點是越多越好。

某線路工程起算共有四個比較均勻同等精度已知點組成。取其中3個和4個采用三參數(shù)法求得不同坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，分別測得線路轉(zhuǎn)角樁的成果。可以看出對于分布在已知點構(gòu)成的網(wǎng)形周圍越近的區(qū)域高程較差越小，越偏離于網(wǎng)形之外越遠(yuǎn)較差越大，而對于平面影響則比較小。

表2 起算點數(shù)量不同的觀測成果比較

③、控制點之間應(yīng)具備相互位置關(guān)系精確的WGS84大地坐標(biāo)BLH和地方坐標(biāo)XYZ，以確保轉(zhuǎn)換關(guān)系的正確性，也保證在施放線路同一耐張段的直線塔位的過程中，因擺設(shè)不同基準(zhǔn)站而對流動站放樣造成精度影響。

四. 轉(zhuǎn)換參數(shù)在線路工程中的誤差來源及措施

1、采用GPS RTK放樣定線，其成果精度及質(zhì)量主要取決于：其一是GPS的測量誤差，其二是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換帶來的誤差。對于使用Trimble GPS,前者在實時測量時可以從手簿上看得到(H RMS 和 V RMS);對于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差來說，又可能有兩個誤差源，一是投影帶來的誤差，二是已知點誤差的傳遞。Trimble 5800的RTK控制軟件所采用的投影為抵償投影(中央子午線為基準(zhǔn)站所在點的經(jīng)度，投影面可選為測區(qū)平均高程面)，所以，可以忽略投影誤差，只需考慮已知點誤差的影響。

當(dāng)平面已知點為三個以上時，計算轉(zhuǎn)換七參數(shù)(或四參數(shù))的同時會給出轉(zhuǎn)換參數(shù)的殘差(北方向分量和東方向分量。值得注意的是，如果此時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)中誤差比較大(比如，大于5cm),而在采集點時實時顯示的測量誤差在標(biāo)稱精度范圍之內(nèi)，則可以判定是已知點的問題，有可能已知點的精度不夠，也有可能已知點的分布不均勻。當(dāng)平面已知點只有兩個時，則只能滿足計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換四參數(shù)的必要條件，無多余條件，也就不能給出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度評定。此時，可以從以下方面入手檢驗坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度，一是看轉(zhuǎn)換參數(shù)之一----尺度比ρ，該值理想值為1，如果發(fā)現(xiàn)ρ偏離1較多(比如： |ρ-1|R1/40000，超出了工程精度)，則在保證GPS測量精度滿足要求的情況下，可判定已知點有問題。

在RTK線路測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換參數(shù)時，一般情況下，對于范圍小于100平方公里的區(qū)域采用三參數(shù)法，大于100平方公里的區(qū)域采用七參數(shù)法。這期間待測點坐標(biāo)的精度存在著坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的損失，與控制點的精度和分布有關(guān)。如果選取的已知點精度高、分布均勻且能覆蓋整個測區(qū)，可較好的控制轉(zhuǎn)換參數(shù)引起的精度損失。

五. 結(jié)束語

在測量工作中參數(shù)轉(zhuǎn)換工作是影響工程質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)。在作業(yè)前收集測區(qū)的控制點的詳細(xì)情況，如中央子午線、整體精度情況等，網(wǎng)形的設(shè)計決定參數(shù)的可靠性，而網(wǎng)形的設(shè)計又受限于所收集的控制點，故收集盡量多的控制點也是必要的。再者是選擇轉(zhuǎn)換參數(shù)的方法的選取也是根據(jù)所收集的控制點情況。但在實際工程初設(shè)中不管測量工作遇到的是那種情況，區(qū)域性的地方轉(zhuǎn)換參數(shù)，總可以利用點校正來求取。點校正的方法在實踐中是可靠的。點校正必須知道每個控制點的WGS84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)。點校正的廣泛應(yīng)用，在于它有以下幾個顯著的特點： ⑴點校正可以為RTK測量提高平面精度; ⑵ 點校正可以檢驗控制點的平面相對精度和高程相對精度;⑶足夠的點參與點校正，RTK就可以進(jìn)行高程測量;⑷點校正可以求取區(qū)域地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù);

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