广西多基站CORS联合RTK在航空摄影地面控制测量的精度研究

【摘要】 随着CORS-RTK测量技术的飞速发展和普及应用，它在各类测量中的作用也日益凸显。文章通过实验项目的研究，探讨广西多基站CORS联合RTK技术，研究其成果精度，是否满足在航空摄影地面控制测量中的精度要求，以寻求一种可行有效可靠的航空控制测量方法。

【关键词】 多基站CORS;航空摄影地面控制测量;RTK;测量精度

1.引言

RTK（Real - time kinematic）是一种常用的GPS测量方法，RTK采用了载波相位动态实时差分方法，能够在野外实时得到厘米级定位精度。RTK常用模式又可以区分为单基站和多基站两种模式。利用多基站网络RTK技术建立的连续运行参考站系统（Continuous Operational Reference System，缩写为CORS）可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，CORS已成为城市GPS应用的发展热点之一。

单基站GPS-RTK的定位是将参考站的单点定位的观测结果与参考站的已知坐标进行比较，计算出参考站至卫星的距离改正数，并将改正数发送给移动台，移动台则根据参考站的改正数，实时对定位结果进行改正，从而提高定位精度。

多基站CORS网络的测量，各固定参考站不直接向流动站发送载波修正信息，而是将所有伪距数据通过发给CORS控制中心，通过移动网络向控制中心发送移动台单点定位后的坐标，控制中心收到坐标信息后，根据用户坐标，对给定的位置进行几何替代处理，对流层和大气折射等引起的误差，再生成一组标准格式的改正信息，整体改正GPS轨道误差，通过移动网络由控制中心发送给流动站。

2.项目研究

（一）项目概况

测区为喀斯特峰丛洼地，属于山地地形。项目采用1：2000航空摄影测量外业规范。

广西CORS-RTK系统已覆盖测区范围，测区范围内有一个基准站，测区周边有两个基准站，广西似大地水准面优化成果已开展服务。

在获取测区航摄影像资料的基础上，结合收集到的测区及附近符合航外控制精度及适用要求的基础控制点，再通过对测区进行外业踏勘，按照设计要求进行像控点布设，利用现有的高等级GPS控制网成果，运用多基站CORS基站静态测量方法联合RTK动态测量方法，获取像控点的平面坐标，采用相当于等外水准精度、GPS高程拟合等方法获取像片控制点的高程。利用此方法测定的控制点，采用广西似大地水准面精化模型成果进行正常高转换，获取高程，为数字正射影像图制作提供控制点成果。

（二）控制布设

控制网采用区域网布点。

（1）控制网的划分按测区地形特点、航区的实际划分、图幅分布等情况全面进行考虑，根据具体情况选择最优实施方案。在实际划分时，可按少数的并入多数的原则进行区域网划分，力求网的图形呈方形或矩形。

（2）每一个区域网至少应有1个平高控制点作检查用。

（3）因像片资料为数码影像，且像幅大小为68.00×91.80mm。布点时区域网航线数和控制点基线数按以下原则进行布点：

（A）按4-6条航线，8-10条基线，采用周边布点法，根据情况沿周边布设6个、8个或更多个平高控制点。高程点按4-6条基线进行加密。

（B）区域网平差像控点采用6点法图形布设。

（C）受地形条件限制时，采用不规则区域网布点，一般在凸出处或拐角处布设平高点，凹进处布高程点。当凹角点与凸角点之间距离超过两条基线时，在凹角处也应布设平高点。

（三）观测解算

（1）测量观测时卫星状态应符合表1规定：

表1

观测窗口

截止高度角15°以上的卫星个数

PDOP值

良好

≥6

可用

5

≥4且≤6

不可用

>6

（2）主要技术要求应符合表2规定：

表2

平面测量各次测量

点位较差

高程测量各次测量高程较差

观测次数（次）

采样间隔（秒）

每次观测历元数（个）

≤图上0.1mm

≤1/10基本等高距

≥4

2～5

≥20

（3）控制网相邻点间弦长精度符合式①的规定： ①

式中：σ―标准差（mm）;

a―固定误差，单位为毫米（mm）;

b―比例误差系数，单位为ppm;

d―相邻点间距离，单位为千米（km）;

其中a取10，b取20。

（4）基线解算

a.观测完成后，以同步环为单位进行单基线或多基线解算，用同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线闭合差来检核基线质量。

b.重复基线坐标闭合差检验应符合式②的规定：

dS≤2σ ………… ②

式中：σ―按照①的公式计算（按实际平均边长计算）。

c.同步环坐标闭合差检验应符合式③的规定：

式中： wx、wy、wz坐标分量闭合差;w环的全长闭合差;n闭合环的边数;

σ―按照①的公式计算（按实际平均边长计算）。

d.异步环坐标闭合差应符合式④的规定：

式中：wx、wy、wz坐标分量闭合差;w环的全长闭合差;n闭合环的边数;

σ―按照①的公式计算（按实际平均边长计算）。

e.同一时段观测值的数据剔除率不超过10%。

（5）平差计算

a.基线解算合格后，进行控制网平面坐标平差计算。起算点稀少的区域也可以多个布点单元组合为一个网平差计算，但最大不得超过四个布点单元组合为一个网平差计算（如周边有零星布点单元不受此限）。

b. 一个控制网平面坐标平差计算起算点及检核点数应满足表3要求。

表3

布点单元

平面起算点数

（均匀分布）

平面检

核点数

高程起算点数

（均匀分布）

高程检

核点数

1

3～4

2

3～4

1

2

4点以上

2～4

4～6

2～4

4

6点以上

3～5

6～10

3～5

c.基线解算质量合格后，在WGS-84坐标系统下进行三维无约束平差计算，提供各像控点的大地坐标及精度信息。进行三维无约束平差计算时，应对观测值先验中误差、单位权中误差、观测值改正数进行统计分析，并对异常观测值进行核查和分析，决定弃舍或重测。

d.进行三维无约束平差计算后，在2000坐标系下进行二维约束平差。平面起算点应为E级以上控制点。

e.联测的已知坐标、已知距离、已知方位角，可以作为强制约束的固定值，也可作为加权约束的可变值。二维约束平差报告中应输出平面坐标、基线向量改正数、边长、方位角、转换参数及其精度信息。

f.约束平差基线向量改正数与无约束平差的同名基线改正数较差应符合式⑤的规定：

式中：σ―相应等级规定的精度（按基线长度计算）。

否则，应重新分析处理基线数据，在确认基线成果解算无误的前提下，可怀疑参与约束平差的已知坐标、已知距离、已知方位角的误差太大，应分析其原因，并作出妥善处理，直至符合⑤式的规定。

（6）高程计算

像片控制点的高程，采用广西2.5′×2.5′格网似大地水准面精化成果计算时，利用E级以上控制和CORS参考站点作为起算，得到WGS-84大地纬度B、大地经度L和大地高H，利用WGS-84 BLH计算1985国家高程基准下的正常高。

（三）精度分析

（1）精度要求

像控点分为平高控制点和高程控制点。

像控点精度应满足表4要求。

表4 航空影像控制点精度指标 单位： 米

控制点精度

地形类别

1：2000

平面中误差

高程中误差

平地

±0.24

±0.1

丘陵地

±0.24

±0.1

山地

±0.32

±0.2（0.25）

高山地

±0.32

±0.2（0.25）

说明：中误差的两倍值为最大误差。

（2）精度检核

根据项目情况，运用多基站CORS基站静态测量方法联合RTK动态测量方法，对实验项目进行测量，部分精度情况如下图所示：

（四） 结论

普通RTK测量精度容易受到卫星星历、卫星钟及接收机钟差、电离层、对流层、多路径效应以及地球潮汐等影响，同时还受仪器本身的误差、坐标转换过程中控制点的精度误差、作业半径，天线架设高度等观测条件等因素影响。

根据实验项目的精度检测结果，采用多基站CORS系统静态模式测量联合动态模式RTK测量技术，经过整体区域平常计算，可以满足在航空摄影地面控制测量中的精度要求，减弱甚至消除了普通单一RTK测量各类因素的影响，即保证精度有灵活便利，是一种可行可靠的航空控制测量方法，该方法使得精度得到改善，工作效率得到了提高。

3.结束语

CORS-RTK技术彻底改变了传统RTK测量作业方式，其主要优势体现在：（1）提供更高精度（毫米级）定位服务;（2）用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率;（3）可以有效地消除系统误差，增强差分数据的可靠性。

随着CORS-RTK技术的发展，未来，该技术将逐步取代常规控制测量方法，可广泛应用于地形测量、航空摄影测量、地籍测量、房产测量、勘界测量、工程测量等各个领域，也将为建设数字化城市提供了新的契机。

参考文献

[1]CH/T 3006-2011《数字航空摄影测量控制测量规范》

[2]GB/T 7931-2008《1：500，1：1000，1：2000地形图航空摄影测量外业规范》

[3]罗勇.单基站RTK及城市多基站CORS测量原理精度及优缺点比较分析 [J].建材发展导向，2013（06）.

[4]陈俊林.GPS-RTK在常规控制测量中的精度及可靠性分析 [J].测绘与空间地理信息，2011（10）.