淺析RTK在線(xiàn)路勘測中關(guān)于轉換參數問(wèn)題

一. 引言

GPS RTK(Real Time Kinematic)定位系統是基于載波相位觀(guān)測值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，它能夠實(shí)時(shí)地提供測點(diǎn)在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度?；鶞收就ㄟ^(guò)數據鏈將其觀(guān)測值和測站坐標信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站接收GPS衛星和基準站發(fā)射的數據，將兩者進(jìn)行差分處理，求解出基準站和流動(dòng)站在WGS-84參考橢球體下的相對位置關(guān)系，然后通過(guò)WGS-84坐標系和地方坐標系之間的轉換參數，將WGS-84坐標系下的成果轉換到地方坐標系中。因而，獲得WGS-84坐標系和地方坐標系之間的轉換參數是RTK測量中的必要條件之一。鑒于高壓線(xiàn)路勘測的特點(diǎn)，這里淺析在線(xiàn)路應用中關(guān)于求取轉換參數的相關(guān)問(wèn)題。

二. 地方坐標轉換參數的原理

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

三維轉換模式是在空間直角坐標系下進(jìn)行的，大多采用bursa-wolf模型，可分為七參數以及簡(jiǎn)化的三參數方法，七參數轉換模型比較嚴密，適合于大區域，如30-50km。簡(jiǎn)化的三參數方法適合于小區域，10km以?xún)?。平面加高程轉換模式是將平面轉換和高程轉換分別進(jìn)行，這種方式易于實(shí)現，也適合于小區域。平面加高程轉換模式中平面轉換參數通常包括平移參數( ， )、尺度參數 和旋轉參數 。由于WGS-84坐標系數據可以用空間直角坐標、大地坐標、平面直角坐標等形式表示，對于不同表示形式的起算數據，尺度參數和旋轉參數代表的含義只是會(huì )有所不同。

三. 在線(xiàn)路勘測中通常使用的求取參數的方法

RTK在輸電線(xiàn)路中的應用主要用于定線(xiàn)，定位，直線(xiàn)樁位及塔位的放樣，另外還有平斷面的測量。GPS所能直接提供的數據形式就是坐標，RTK最主要的兩大功能就是實(shí)時(shí)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(shí)也同樣是利用放樣直線(xiàn)功能記錄下每個(gè)地物的點(diǎn)坐標，利用事先約定的點(diǎn)標識來(lái)區別不同的地物;也可以利用同樣的方法測量塔位地形圖。RTK技術(shù)應用到輸電路的必然與其特點(diǎn)密切相關(guān)：對于線(xiàn)路中的相鄰的轉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)規程里要求180°±1′的偏角值。故在線(xiàn)路勘測中相鄰控制點(diǎn)之間相對精度要求比較高，才能滿(mǎn)足線(xiàn)路定位要求。那么只有求取高質(zhì)量的可應用于本工程區域的轉換參數是首要的質(zhì)量保證。

1. 獲取參數方法通常有以下三種

①、同時(shí)有地方坐標和WGS-84坐標的兩種成果。工程附近區域有符合起算精度要求的高等級控制點(diǎn)，這些點(diǎn)同時(shí)又具有統一的約束平差后的WGS-84坐標，利用我們前面說(shuō)到的三維轉換和平面加高程轉換來(lái)計算得出轉換參數，但前提是這些點(diǎn)的WGS-84坐標必須有精確的相對位置關(guān)系。

②、如果高等級控制點(diǎn)沒(méi)有對應WGS-84坐標，或者點(diǎn)比較少。這時(shí)我們要根據實(shí)地情況做GPS加密的控制測量，將靜態(tài)數據進(jìn)行整體網(wǎng)統一平差，給出相對精度準確的WGS84坐標和地方坐標再求解參數。

③、RTK方式直接測取WGS-84坐標以轉換。只有地方坐標成果，可以在一個(gè)開(kāi)闊位置較高地方設GPS基站，以基準站為起算位置(這個(gè)起算位置的坐標由GPS接收機觀(guān)測確定，是一個(gè)精度有限的大地坐標，但它不影響RTK觀(guān)測的相對位置關(guān)系)，確定各控制點(diǎn)之間相對精確的位置關(guān)系，并實(shí)時(shí)測定WGS84大地坐標。該方法具體實(shí)施時(shí)可能會(huì )遇到難處，比如控制點(diǎn)的距離太遠，而RTK的作用距離有限。

在惠州龍門(mén)勘測220kV仰天至昆山線(xiàn)路定測中利用以上第1、3 種方法建立坐標系,同樣測量了10控制點(diǎn),其檢測結果見(jiàn)表1。

表1 RTK測量重合點(diǎn)檢測表

需要說(shuō)明的是，上面三種情況中，不管是那一種情況，控制點(diǎn)的地方坐標必須是相對準確的，同時(shí)控制點(diǎn)的大地坐標也應該是相對準確的。靜態(tài)數據平差得到的大地坐標，不能同RTK實(shí)時(shí)觀(guān)測的大地坐標混合在一起來(lái)求地方坐標轉換參數，因為他們起算的基準可能不一樣。另外，如果有兩個(gè)靜態(tài)控制網(wǎng)，沒(méi)有進(jìn)行統一平差，分別給出的大地坐標，也可能不能混合在一起來(lái)求地方坐標轉換參數，因為一個(gè)網(wǎng)中的點(diǎn)和另一個(gè)網(wǎng)中的點(diǎn)的大地坐標，其位置關(guān)系可能不準確。對于WGS84坐標，我們應該保留至少十萬(wàn)分之一秒。

2.起算控制點(diǎn)的數量、分布及精度都對求取參數的影響

①、控制點(diǎn)的數量應足夠。一般來(lái)講，平面控制應至少三個(gè)(如果是兩個(gè)我們可以采用求取參數的第二種方法)，高程控制應視線(xiàn)路方向地形地貌條件，山地起伏，數量要求會(huì )更多(比如4個(gè)或以上)以確保擬合精度要求。

②、 控制點(diǎn)的控制范圍和分布的合理性?？刂品秶鷳阅軌蚋采w線(xiàn)路沿線(xiàn)工區為原則，一般情況下，相鄰控制點(diǎn)之間的距離在1km~5km，所謂分布的合理性主要是指控制點(diǎn)分布的均勻性，控制點(diǎn)網(wǎng)形基本能覆蓋施測的線(xiàn)路沿線(xiàn)區域，不能偏離太遠。當然控制點(diǎn)是越多越好。

某線(xiàn)路工程起算共有四個(gè)比較均勻同等精度已知點(diǎn)組成。取其中3個(gè)和4個(gè)采用三參數法求得不同坐標轉換參數，分別測得線(xiàn)路轉角樁的成果?？梢钥闯鰧τ诜植荚谝阎c(diǎn)構成的網(wǎng)形周?chē)浇膮^域高程較差越小，越偏離于網(wǎng)形之外越遠較差越大，而對于平面影響則比較小。

表2 起算點(diǎn)數量不同的觀(guān)測成果比較

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

四. 轉換參數在線(xiàn)路工程中的誤差來(lái)源及措施

1、采用GPS RTK放樣定線(xiàn)，其成果精度及質(zhì)量主要取決于：其一是GPS的測量誤差，其二是坐標轉換帶來(lái)的誤差。對于使用Trimble GPS,前者在實(shí)時(shí)測量時(shí)可以從手簿上看得到(H RMS 和 V RMS);對于坐標轉換誤差來(lái)說(shuō)，又可能有兩個(gè)誤差源，一是投影帶來(lái)的誤差，二是已知點(diǎn)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(xiàn)為基準站所在點(diǎn)的經(jīng)度，投影面可選為測區平均高程面)，所以，可以忽略投影誤差，只需考慮已知點(diǎn)誤差的影響。

當平面已知點(diǎn)為三個(gè)以上時(shí)，計算轉換七參數(或四參數)的同時(shí)會(huì )給出轉換參數的殘差(北方向分量和東方向分量。值得注意的是，如果此時(shí)發(fā)現轉換參數中誤差比較大(比如，大于5cm),而在采集點(diǎn)時(shí)實(shí)時(shí)顯示的測量誤差在標稱(chēng)精度范圍之內，則可以判定是已知點(diǎn)的問(wèn)題，有可能已知點(diǎn)的精度不夠，也有可能已知點(diǎn)的分布不均勻。當平面已知點(diǎn)只有兩個(gè)時(shí)，則只能滿(mǎn)足計算坐標轉換四參數的必要條件，無(wú)多余條件，也就不能給出坐標轉換的精度評定。此時(shí)，可以從以下方面入手檢驗坐標轉換的精度，一是看轉換參數之一----尺度比ρ，該值理想值為1，如果發(fā)現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(mǎn)足要求的情況下，可判定已知點(diǎn)有問(wèn)題。

在RTK線(xiàn)路測量坐標轉換轉換參數時(shí)，一般情況下，對于范圍小于100平方公里的區域采用三參數法，大于100平方公里的區域采用七參數法。這期間待測點(diǎn)坐標的精度存在著(zhù)坐標轉換的損失，與控制點(diǎn)的精度和分布有關(guān)。如果選取的已知點(diǎn)精度高、分布均勻且能覆蓋整個(gè)測區，可較好的控制轉換參數引起的精度損失。

五. 結束語(yǔ)

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

參考文獻：

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