影像测量RTK接收机校准规范编制说明.docx

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1、影像测量RTK接收机校准规范编制说明影像测量RTK接收机校准规范编写组2023年11月影像测量RTK接收机校准规范编制说明一、任务来源根据湖北省市场监督管理局2022年10月14日下达的湖北省市场监督管理局办公室关于印发2022年度地方计量规范制修订计划的通知，由中国地震局地震研究所、武汉地震计量检定与测量工程研究院主持编制影像测量RTK接收机湖北省地方计量规范。二、编制说明1、制定规范的目的和意义影像测量RTK接收机是一种采用摄影测量技术的RTK接收机。除了具有基本的GNSS测量功能以外，其主要测量功能包括：影像测量，利用相机的影像结合惯性于组合导航技术获取位置与姿态，应用摄影测量技术计算得

2、到目标点的三维坐标；影像放样，利用惯性与组合导航技术计算放样点的相对方位，将放样点直接标在影像上；倾斜测量，通过惯性与组合导航技术惯导传感器进行倾斜角与方位角的计算，从而实时进行改正倾斜量补偿，准确获取目标点的三维坐标；断点续测，在基站差分信号中断的情况下，依然能够在一定时间内提供RTK固定解。以上这些功能，使得影像测量RTK接收机测量更加高效，且能适应更加复杂的使用环境，因而具有更广阔的应用前景，国内外主要的测绘仪器厂商，如徐卡、天宝、中海达和华测等，均推出了影像测量RTK接收机产品。据不完全统计，目前湖北省内的市场存有量已达上千台，且还在快速增长，可以预见此类产品将代表RTK接收机新的技术

3、发展方向，成为测绘地理信息采集领域的重要工作计量器具。随着影像测量RTK接收机使用量的不断增长,其计量需求越来越大。但是，当前与之相关的计量技术法规仍然比较滞后，现有的规程规范不能满足影像测量RTK接收机的计量需求。目前，我国与影像测量RTK接收机相关的规范与标准有JJF1347-2012全球定位系统(GPS)接收机(测地型)型式评价大纲、JJF1118-2004全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范、JJG(测绘)2301-2013全球导航卫星系统(GNSS)测量型接收机RTK)和GB/T39399-2020北斗卫星导航系统测量型接收机通用规范。上述规范与标准中所规定的检测方

4、法均只适用于对影像测量RTK接收机基础的GNSS测量功能的校准，不能对其基于惯性与GNSS组合导航点位测量、摄影测量等关键性能进行计量。为了保隙我省影像测量RTK接收机的应用领域(如工程建设、测绘地理信息等)的量值准确，亟需针对影像测量RTK接收机编制校准规范，统一其校准项目和方法。编制本校准规范，可以促进影像测量RTK接收机计量技术的发展，为影像测量RTK接收机的制造在质量控制方面提供技术支撑，同时，也将体现我省在测绘地理信息计量领域的领先优势。2、制定规范的过程说明经前期探索研究，于2022年8月提交了规范编写计划任务书。随后，编写组进行了规范编写的准备工作：2022年9月至2023年6月

5、，调研多款影像测量RTK接收机，收集了不同型号影像测量RTK接收机的技术参数及使用说明书，并查询大量文献，对影像测量RTK接收机的性能指标以及其日常应用中的使用方式有了较详细的了解，确定了影像测量RTK接收机校准的主要项目及性能要求，并对关键项目进行可行性论证和实验，根据实验情况进行项目和方法调整，形成校准规范初稿。2023年7月期间，规范编制小组针对使用的校准方案，起草征求意见稿，并向相关的计量机构和单位征求意见，同时在武汉地震计量检定与测量工程研究院有限公司官网(3、制定规范的主要参考资料JJF1001-2011通用计量术语及定义JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示JJF10

6、71-2010国家计量校准规范编写规则JJG1200-2023全球导航卫星系统（GNSS）接收机（测地型和导航型）检定规程JJF1118-2004全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范JJG（测绘）2301-2013全球导航卫星系统（GNSS）测量型接收机RTK检定规程GB/T39399-2020北斗卫星导航系统测量型接收机通用规范4、制定规范的原则和依据由于是制定校准规范，需要对校准规范中规定的仪器性能等进行全面的确认,针对制定规范的具体要求，规范起草小组对接收机的性能、特性等技术指标做了充分考虑和查找。通过查找，未发现相应的国际建议、国际技术标准，制定规范的技术依据主要是J

7、JF1118-2004全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范、JJG（测绘）2301-2013全球导航卫星系统（GNSS）测量型接收机RTK检定规程、GB/T39399-2020北斗卫星导航系统测量型接收机通用规范以及影像测量RTK接收机厂商的技术标准和产品使用说明。5、影像测RTK接收机的基本原理和校准方案5.1 影像测量RTK接收机的基本原理影像测量RTK接收机是在常规RTK的基础上加入了惯导技术和摄影测量技术，惯导技术（或地磁技术）可以实时计算出当前RTK对中杆的倾斜角及方位角，从而实时改正倾斜量，准确获取对中杆在扶直状态下的三维坐标。摄影测量技术可以根据多个RTK坐标以

8、及前方交会测量计算出影像中各感兴趣点的三维坐标，也可以实时将放样点位置显示在影像中，接收机在外观上增加了12个相机。接收机的断点续测功能是在暂时丢失基准站差分改正信息的情况下，接收机在几分钟内仍能继续输出高精度的RTK固定解。5.2 影像测量RTK接收机的校准方案影像测量RTK接收机的校准主要包括：天线相位中心一致性、静态测量精度、RTK测量精度、倾斜零位误差、姿态补偿误差、影像放样误差、影像测量误差、断点续测稳定度8个计量性能的校准，各校准项目的校准方案如下。5.2.1 天线相位中心一致性、静态测量精度、RTK测量精度天线相位中心一致性、静态测量精度、RTK测量精度是RTK接收机公有的计量性

9、能，其校准方法可直接参照JJG1200-2023全球导航卫星系统（GNSS）接收机（测地型和导航型）检定规程、JJF1118-2004全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范、JJG（测绘）2301-2013全球导航卫星系统（GNSS）测量型接收机RTK检定规程、GB/T39399-2020北斗卫星导航系统测量型接收机通用规范。（注：天线相位中心一致性、静态测量精度是根据专家意见，加入本规范中，校准方法直接引用JJG1200-2023全球导航卫星系统（GNSS）接收机（测地型和导航型）检定规程）5.2.2 倾斜零位误差与姿态补偿误差姿态补偿误差是指接收机倾斜后，通过内置的惯导模块

10、计算出接收机的姿态和位置，最终归算至对中杆的顶点。本规范首先考虑其倾斜零位误差，在对中杆基本扶直的状态下，绕对中杆旋转180,以对称测量的水平距离的二分之一作为零位误差，如图1所示，并以对称测量的坐标平均值作为姿态补偿的坐标基准。对于姿态补偿误差，采用将对中杆向4个方向进行倾斜进行测量，以4个方向的坐标的与基准坐标之间的距离差最大值为姿态补偿误差，图2所示。图1零位误差示意图（为对中杆，为电子气泡零位指向）图2姿态补偿误差测量示意图5.2.3 影像放样误差影像放样是指接收机接收到放样点坐标后，根据自己相对放样点的位置和姿态，计算在相机影像里放样点的位置并加以标识。该项误差是指影像放样位置与实际

11、点位的偏差，本规范利用专用坐标板直接测量影像中的放样点与专用坐标版中心的差值作为影像放样误差。专用坐标板的中心坐标可由被测接收机整平对中测量得到。在实际测量过程中，由于受到太阳光照的影向，使用白底黑线经常会使影像过曝而看不清刻划，因此推荐使用黑底白线的专用坐标板，其中白线刻划宽2mr11o图3专用坐标板（黑底白线）5.2.4 影像测量误差影像测量采用的是摄影测量技术，由立体像对左右两影像的内、外方位元素和同名像点的影像坐标测量值来确定该点的空间坐标。基线比对法采用高精度全站仪对标靶之间的距离进行精确测量作为参考值，再采用影像测量RTK接收机测量标靶之间的距离与参考值求差分析。影像测量会存在影像

12、畸变，影像畸变一般分为径向畸变和切向畸变，径向畸变是由于透镜表面的弧度引起的光线折射角不同造成的，因此越靠镜头的边缘畸变越严重,光心处零畸变,如图4所示;切向畸变的产生主要归结于装配的瑕疵，使镜头与成像平面不平行，如图5所示。尽管影像测量RTK接收机进行了畸变校正，但存在畸变校正不完善的情况，存在剩余误差，造成越靠近影像四周分布的校准点，误差越大，影像测量复现性也越差。图4径向畸变示意图图4径向畸变示意图图5切向畸变示意图本规范在基线比对法的基础上，考虑了被测设备进行影像测量时与被测点的构成的几何图形分布的影响，并考虑影像全局区域（考虑畸变区域，靶标布满影像）与中心非畸变区域（靶标布满影像中心

13、三分之一区域）两种情况，如图7所示。计量特性采用影像测量误差进行表示，其中，影像测量综合测距误差是接收机的影像测量点之间的距离与参考距离之差的均方根误差，影像测量误差是将影像测量综合测距误差除以接收机与靶标间距离，归一化到接收机距靶标1m时的综合测距误差，也是摄影测量中测角误差的一种体现。图7靶标布满影像示意图以及靶标布满影像中心三分之一区域示意图西0曲5.2.5 断点续测稳定度断点续测是指接收机在丢失差分信号的情况下也能继续计算获取当前的位置，误差主要来源于位移随机游走误差和漂移斜坡误差，国内外一般采用阿伦标准差来描述此项误差，本规范采用采样时间分别为10s的阿伦标准差来描述断点续测稳定度。

14、位移随机游走误差的阿伦标准差：,、K历ORW(T)=-其中，K为位移随机游走误差系数，等式两边取对数，有：,、11rw(t)=2+23可知，在E-。RWa)双对数图中可得到斜率为:的直线。漂移斜坡误差的阿伦标准差：、立RTORRa)=其中，R为漂移斜坡系数，等式两边取对数，有：IgORR(T)=IgT+lgR-Ilg2可知，在T-。RR(T)双对数图中可得到斜率为1的直线。6、制定规范的主要内容6.1 按照UJF1071-2000国家计量校准规范编写规则的要求制定影像测量RTK接收机的校准规范。在内容与格式上保持一致，校准规范的具体内容有范围、引用文献、概述、计量特性、校准条件、校准项目和校准

15、方法、校准结果、复校时间间隔、附录。6.2 根据影像测量RTK接收机的应用需求，规范编制小组确定了影像测量RTK接收机的RTK测量精度、倾斜零位误差、姿态补偿误差、影像放样误差、影像测量误差、断点续测稳定度6项计量特性要求，具体校准方法详见本校准规范,并以此进行校准方法的实验验证。由于影像测量RTK接收机应用领域较广，对精度的要求各不相同，并且校准工作只给出测量结果，不作合格性判断，因此本规程未对计量特性做限差要求。6.3影像测量RTK接收机的校准工作，推荐使用如下校准装置：6.3.1GNSS长度基线场扩展不确定度U1.0mm+1.0X106O(k=2),0mVO2km；测量标准差3.0mm+

16、1.0X10-8D,2kmD300km注：参照JJFlII8-2004全球定位系统(GPS)接收机(测地型和导航型)校准规范。632专用坐标板示值误差MPE：1mmO注：根据三分之一原则，标准装置的最大允许误差或者测量结果扩展不确定度应小于被校设备最大允许误差的1/3,影像测量RTK接收机的影像放样误差约为2cm,标准装置的最大允许误差不能大于6.7mm,一般的专用坐标板均能满足此项要求。6.3.3影像测量校准场提供一系列不同距离和方位的空间参考距离。全局区域参考空间距离的扩展不确定度U0.5Smm,k=2；中心区域参考空间距离的扩展不确定度U0.2Smm,k=2,S为测站点与靶标阵列间距离。

17、注：根据三分之一原则，标准装置的最大允许误差或者测量结果扩展不确定度应小于被校设备最大允许误差的1/3,全局区域的影像测量综合测距误差一般不大于2mmm,标准不确定度不能大于0.67mmm,即扩展不确定度不大于1.34mmm,中心区域的标准装置的影像测量综合测距误差一般不大于0.5mmm,标准不确定度不能大于0.27mmm,即扩展不确定度不大于0.54mmm,故可使全局参考空间距离的扩展不确定度UWo.5Smm,42,中心区域参考空间距离的扩展不确定度UWO.2Smm,2,S为测站点与靶标阵列间距离，以m为单位。7、影像测RTK接收机校准的建标情况说明影像测量RTK接收机需要用到GNSS长度基

18、线场、专用坐标板以及影像测量校准场。GNSS长度基线场、专用坐标板测量标准及其配套设备都是非常成熟的计量器具，在市场上通过正常采购或加工都能够顺利获取。影像测量校准场利用测角I级、测距I级的全站仪进行校准，在市场上通过正常采购也能够顺利获取。8、建标投资金额情况说明影像测量RTK接收机需要用到GNSS长度基线场、专用坐标板以及影像测量校准场。以上计量器具都需进行量值溯源，并满足本规范中计量器具控制中的计量性能要求。经过市场调研，以上计量器具采购费及其量值溯源费，共需要约100万元的建标投资金额。9、附录的设置附录A影像测量校准场及校准方法附录BRTK测量基线误差不确定度评定示例附录C影像测量误

19、差不确定度评定示例附录D校准证书内页（推荐）格式IOv征求意见情况本规范编制过程中开展了两轮征求意见。一是由武汉地震计量检定与测量工程研究院在官网上公开征求意见；二是由主要起草单位向影像测量RTK接收机的研制、生产以及部分其他计量技术机构的征求意见。反馈实质性修改意见的单位共有9家，收到的修改意见汇总整理后共计45条，其中采纳27条，部分采纳6条，不采纳12条。不采纳的主要理由有以下几种：a）同一家单位建议删除的断点续测、影像放样等相关计量特性是影像测量RTK接收机新增的计量特性，共计7条，；b）其他与影像测量RTK接收机使用要求、计量性能等不符或不合适，共计5条。不采纳的理由详见征求意见汇总表。在2023年11月2日的预审会上，提出了6条修改意见，已全部采纳。