GPS与全站仪在放样过程中的比对

GPS与全站仪在放样过程中的比对

作者：王兴臣李玉伟

来源：《商品与质量·学术观察》2013年第11期

目前，全站仪在工程测量中应用比较普遍，坐标测量是全站仪的基本功能之一，包括坐标测量功能和放样功能。利用全站仪进行勘察测量的放样工作，快捷方便，而且不易出错。

而GPS素来以其高效率、高精度、操作简便享誉测绘界， RTK技术是目前最为广泛使用的测量技术之一，在测绘、放样等工程中发挥了特有的专长。

本文首先分别阐述了利用全站仪和RTK在进行工程放样中可能产生误差的原因并对放样的精度进行分析，并以国家公路网长春至深圳线青州至临沭（鲁苏界）高速公路九合同为例，通过对工程放样数据的分析比较用全站仪和RTK放样的优缺点。

1测设精度的分析

1.1 全站仪放样测设点位的精度分析

1.1.1 距离测设的精度

距离测设的精度取决于仪器的测距所能达到的精度和仪器的对中、反射镜对中杆铅直误差3个方面：

①测距仪的测距精度。例如：GPT-3000LN全站仪，测距精度为±（2mm+2ppm×D）。其中2mm为其固定误差，2ppm×D为比例误差。当D=100m时，所引起的测距误差设为m1，则

m1=±2mm+2×10-6×100 000=±2.2mm

②仪器对中引起的误差，对中误差用m2表示，一般为1～3mm，在这里取±2mm，即：m2=±2mm

③反光镜对中杆的倾斜引起的距离误差。例如，圆水准器的精度为10’/2mm，设对中杆高度s=1.5m，当圆气泡偏差4mm时，对中杆倾斜角为α=20’，则引起的距离误差为md：

md=±α×s/ρ=±20’×1.5/3438’=±8.7mm

所以，由于仪器本身的误差、仪器对中误差、对中杆倾斜所引起的误差所导致的总的测距误差设为M1：

M12=m12+m22+m32=2.22+22+8.72=84.53

∴M1=±9.19mm

1.1.2 测设角度误差引起的点位的误差

GPT-3000LN一方向测回中差为±5”，测设一角度一测回的测角中误差

m0=±5” ×20.5=±7.1”

如果在施工放样中只用盘左位置来测设角度时，则其测角误差为：m=±7.1” ×20.5=±9.9”

考虑其他因素，取2倍误差作为测设角度误差，即mβ=±2m=±20”

当放样点距离为100m时，由方向偏差引起的放样的点位差设为m₂=±mβ×D/ρ=±

（20”×100m）/206265”=±9.7mm

1.1.3 测设点位误差

由测设距离误差M1和测设角度引起的点位误差M2，而引起的测设点误差M：

M2= M12+ M22=9.192+9.72

∴ M= ±13.36mm

根据各项测设误差对放一点平面位置的综合影响，得出随着边长的增加，其测角中误差减小较快，而测距中误差和放样点误差的变化不是很明显。

1.2 RTK.放样测设点位的精度分析

1.2.1 RTK定位的误差。同距离有关的误差将随移动站至基准站的距离的增加而加大，所以RTK的有效作业半径是也是有限制的。

①多路径误差：多路径误差是RTK测量中最严重的误差，其大小取决于天线周围的环境，一般为几厘米，高反射环境下可超过10cm。多路径误差可通过选择地形开阔等措施予以削弱。为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10°～15°高度角以上不能有成片的障碍物。例如，高层建筑、成片水域。

②信号干扰：信号干扰可能有多种原因，如无线电发射源、雷达装置、高压线等。为保证测量精度，在测站周围约200m 的范围内不能有强电磁波干扰。

③气象因素：在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。

④轨道误差：目前轨道误差只有几米，其残余的相对误差影响约为1×10 。

⑤电离层误差：电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差。

⑥对流层误差：对流层时延误差主要影响高差精度。

RTK测量精度达到厘米级，一般系统标称精度为10mm+2×10 。工程实践和研究证明RTK 测量能达到厘米级精度。

2以青临路九标实地放样为例来论证RTK用于点放样。

我们制定了如下方案：首先用RTK进行点的放样，并且放样点的数量较多，在放样完后，用高精度的全站仪对放样点进行测量，并把全站仪测量的值看作为放样点的真值，这样我们对点坐标的设计值与全站仪的实际测量值进行对比并进行精度分析，由于放样点较多，我们可以把这些点的点位中误差作为RTK放样的点位中误差，并与《工程测量规范》的规定中误差进行比较，看RTK的放样点位精度能否达到要求。

放样完毕后，为了检验用RTK放样点的精度，我们用全站仪对放样点进行精确测量（由于测量的目的是检验RTK的点放样精度，所以依然使用RTK所用来校正的基准点作为控制点进行定向，这样可以减少误差的叠加，并将全站仪的测量误差忽略不计，即将全站仪的测量结果看作真值，与点的设计坐标值进行比较）。点的设计坐标值用X，Y表示，全站仪实际测量值用X’，Y’表示，详细数据见表。

我们假设在全站仪测量误差忽略不计的情况下进行对比分析的，以全站仪所测定的坐标值为真值，那么GPS所测得的坐标的差值即可认为是RTK测量的误差。根据《工程测量规范》点位误差

①RTK测量结果与全站仪测量结果互差均在厘米级，其中互差最大为3.4cm ，最小为

0.4cm。

②若以全站仪测定的点位坐标为准，RTK放样点点位误差均在±5 c m以内，RTK

放样点点位相对于全站仪测定点位误差按公式m=±计算，结果为2.3cm。

③统计数据表明：若以全站仪测量结果为准，可以认为RTK测量结果的点位精度达到厘米级，需要指出的是各点位之间不存在误差累计，克服了传统测量技术的弊端，完全能满足点的测设精度要求。

④我们在实际施工过程中，可以根据误差的原因，采取措施来消除或减小误差。

通过上述对比，我们得出GPS在实际应用中，由于来自各方面的干扰，降低了RTK的可靠性和精度。为了保证放样精度，针对其误差来源，我们可以在选点时采取措施以降低其误差：：