GPS RTK技術(shù)在地形測量中的應(yīng)用分析

摘要：RTK技術(shù)又稱載波相位動態(tài)實時差分技術(shù)，能夠?qū)崟r地提供測量點在指定坐標(biāo)中的三維坐標(biāo)，并達到厘米級精度，通過對GPS RTK技術(shù)在控制測量、數(shù)字測圖等工程中的基本應(yīng)用，對動態(tài)GPS的特性和使用方法有了進一步認(rèn)識，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地形測量、控制測量、工程測量、航空攝影測量等諸多領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：GPS RTK技術(shù)；地形測量；方法；應(yīng)用

需要測量小范圍地形圖時，控制就成為影響成圖速度的主要因素，而GPS RTK 技術(shù)的應(yīng)用大大提高了作業(yè)效率，同時解決了工作中已知點不通視和長距離的導(dǎo)線測量帶來的誤差問題，其定位精度能滿足大比例尺地形圖測繪的要求，它既可直接采集碎布點，亦可作圖根控制點，并實時提供坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

1 GPS控制測量實例

在某測區(qū)5 km2，1：2000 地形測量中在進行碎部測量之前，需進行控制點的布設(shè)和測量。常規(guī)的地形圖測繪方法通常是首先在測區(qū)內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)點，這種控制網(wǎng)點，一般是在國家高等級控制網(wǎng)點的基礎(chǔ)上加密成次級控制點，然后依據(jù)加密的控制點，布設(shè)圖根控制點。由于本次數(shù)字化測圖采用了GPS RTK 定位技術(shù)，不在需要布設(shè)常規(guī)測量控制網(wǎng)，只要通過GPS 靜態(tài)聯(lián)測國家點來測設(shè)控制點即可。所以我們首先收集到了3 個國家三等三角點，然后在測區(qū)的中部有房屋建筑地方選擇地勢較高的5 層樓頂，四周通視條件好，有利于衛(wèi)星信號接收和數(shù)據(jù)鏈發(fā)射的地方，做GPS 靜態(tài)控制點，作為測區(qū)的首級控制點（基準(zhǔn)站架設(shè)點），從GPS接收機中輸出的坐標(biāo)是GPS 的WGS-84 橢球大地坐標(biāo)中的經(jīng)度，緯度與大地高，要得到測圖所用高斯平面坐標(biāo)和正常高，必須進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的主要流程如圖1.

2 RTK在控制測量中的應(yīng)用

2.1 RTK使用的基本方法

RTK 技術(shù)通常由一臺基準(zhǔn)站接收機和一臺或多臺流動站接收機以及用數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娕_組成，在RTK 作業(yè)模式下將一些必要的數(shù)據(jù)輸入GPS 控制手簿，如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)，高程，坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，水準(zhǔn)面擬合參數(shù)等；流動站接收機在若干個待測點上設(shè)置?；鶞?zhǔn)站與流動站保持同時跟蹤至少4 顆以上的衛(wèi)星，基準(zhǔn)站不斷的對可見衛(wèi)星進行觀測，將接收到的衛(wèi)星信號通過電臺發(fā)送給流動站接收機，

流動站接收機將采集到的GPS 觀測數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站發(fā)送來的信號傳輸?shù)娇刂剖植?，組成差分觀測值，進行實時差分及平差處理，實時得出本站的坐標(biāo)和高程。

由于測區(qū)內(nèi)建筑物密，通視困難，采用RTK技術(shù)優(yōu)勢進行測量較為方便。所以基準(zhǔn)站設(shè)置在測區(qū)的中部地勢較高的五層樓樓頂，符合基準(zhǔn)站的架設(shè)條件，與已知點的距離在2.0 ～3.0 km 之間。采用兩臺雙頻GPS 接收機實時動態(tài)測量模式，流動站用支撐桿豎直（水平氣泡居中），點數(shù)應(yīng)布設(shè)合理，RTK 電臺發(fā)射信號的覆蓋范圍一般為5 ～20km，當(dāng)測區(qū)地形起伏較大時，可適當(dāng)增設(shè)控制點數(shù)量，以確?；鶞?zhǔn)站差分信號能覆蓋整個測區(qū)，為了方便測圖使用和便于RTK 測量等因素，盡量避開高壓線，高大建筑物，和樹林密集等對RTK 測量的影響，實在無法回避的地方，采用增加觀測時間，增加觀測次數(shù)的方法以提高觀測精度，由于GPS 并不需要點間通視，不必為通視的原因而搬好幾次站，即能提高效率，又能大幅度降低作業(yè)人員的勞動強度，大大減少了費用和測量時間，流動站僅需一次完成，單人即可獨立作業(yè)，也隨時產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)濟效益。

RTK 控制測量時，首先用已知控制點建立投影的局部歸化參數(shù)，儀器將直接記錄坐標(biāo)和高程，查看解算后每個控制點的水平殘差和垂直殘差。本次測量解算出兩坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，水平殘差最大為±2.4 cm，垂直殘差最大為±0.5 cm。為了提高待測點的觀測精度，將天線設(shè)置在對點器上，觀測時間大于20 s，采用不同的時間段進行兩次觀測取平均值；機內(nèi)精度指標(biāo)預(yù)設(shè)為點位中誤差±1.5cm，高程中誤差為±2.0 cm；觀測中取平面和高程中誤差均小于±1.0 cm 時進行記錄。

RTK 點兩次觀測值坐標(biāo)較差最大值為±2.7cm，最小值為0.4 cm?？紤]到兩次觀測采用了同一基準(zhǔn)站，觀測條件基本相同，可以將其視為同精度雙觀測值的情況，進而求得觀測值中誤差和平均值中誤差。觀測值中誤差為±0.9 cm，平均值中誤差為±0.6 cm（±0.9 √2）。這說明RTK 技術(shù)能滿足中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范》中最弱點的點位中誤差（相對于起算點）不大于±10 cm 的要求。

3 RTK在數(shù)字測圖中的應(yīng)用

3.1 利用RTK快速定位和實時得到坐標(biāo)結(jié)果的特點

可以進行地形的碎部測量來代替常規(guī)的數(shù)字測圖。以一臺GPS 基準(zhǔn)站，另一臺或幾臺移動的GPS 接收機分別開始進行碎部點測量，地形點的測量，可以在數(shù)據(jù)采集的功能下進行，也可以根據(jù)現(xiàn)場地形的實際情況進行測量設(shè)定，在測量管道中心線或道路邊線時可以設(shè)定按距離進行采集，距離可以人為設(shè)定，在勻速運動測量的過程中，可以設(shè)定按時間采集，時間間隔也可以人為設(shè)定。根據(jù)實踐經(jīng)驗，1 個GPS 移動站的作業(yè)速度是1 臺全站儀的2～4 倍。利用RTK 采集野外碎部數(shù)據(jù)的大致過程為：啟動流動站開始測量并進行定點校正工作后，RTK 接收機便可以實時得到所需坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)地形點，并輸入每個地物點的特征編碼和繪制工作草圖，以備內(nèi)業(yè)修圖使用，并檢查編碼輸入的正確性，采集完將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為“點號、東坐標(biāo)，北坐標(biāo)，高程”形式，保存到硬盤，使用Cass 軟件經(jīng)過成圖處理，生成數(shù)字化地形圖。

地形點的采集可以單人作業(yè)，在建筑內(nèi)或樹林稀少較為開闊的區(qū)域進行數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)RTK的采點速度相當(dāng)快，由于初始化速度快（小于30s），并且在線運動過程中不失鎖，每個碎部點采集時間不超過2 s（含點位代碼輸入），因此，采點速度幾乎等于走路的速度，可以充分發(fā)揮RTK 快速高精度定位的優(yōu)勢。

也可以在作業(yè)中采用RTK 測量模式的優(yōu)勢，準(zhǔn)確快速地建立圖根控制點在圖根控制點上由全站儀配合電子手簿進行碎部點的數(shù)據(jù)采集，該法不像常規(guī)導(dǎo)線測量那么煩瑣，受地形的限制，也不用支儀器設(shè)站，從而減少了因多次設(shè)站帶來的測量的累計誤差，提高了全站儀碎部點采點的點位絕對精度，使地形測量方便快捷，大大提高了地形測量的工作效率，在地形圖測量應(yīng)用中，均取得了很好的效果。

3.2 動態(tài)RTK測量的流程

動態(tài)RTK 測量的流程如圖2。

4 數(shù)字化成圖

打開軟件，改變圖形比例尺為所需比例尺，讀入數(shù)據(jù)功能將數(shù)據(jù)文件名輸入，然后根據(jù)外業(yè)所繪草圖及記錄，進行人機交互編輯，連線成圖，對個別獨立地物進行單獨編輯，可見繪制有清晰完整的工作草圖是保證數(shù)字成圖質(zhì)量的一項有效措施，此外，生成和修整等高線也是數(shù)字化地圖不可或缺的主要任務(wù)之一，勾繪等高線有2 種方法，（1）、軟件依據(jù)測點自動生成，該法所繪等高線有時會有所失真或錯誤，在山區(qū)地貌不是十分復(fù)雜，地物不多的情況下非常實用，（2）、手工繪制等高線，此法相對比較繁瑣，實踐證明：結(jié)合兩種方法，先通過軟件自動生成等高線，再利用手工修整效率較高，可畫出非常漂亮的等高線。

5 實地檢查及精度分析

待所有外業(yè)工作完成后，進行實地檢查，首先檢查點位精度，測量出相鄰已知點的距離，與已知資料相比較，誤差小于圖上0.1 mm，說明精度符合要求，其次進行地物、地形的檢查，對于漏測的地物要及時進行補測，對于一些特殊地物的連接關(guān)系進行詳細檢查，發(fā)現(xiàn)有誤及時更改，地形點要與所繪等高線相一致，根據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測量規(guī)范，各等級三角點（導(dǎo)線點）GPS 點的高程，采用水準(zhǔn)、

光電測距高程導(dǎo)線、GPS 高程測定或三角高程測定，其高程中誤差不得大于1/20 等高距。要求圖根點對于最近控制點（三角點、導(dǎo)線點、GPS 點）的平面位置中誤差不得大于圖上0.1 mm，對鄰近水準(zhǔn)點、基本控制點的高程中誤差應(yīng)不大于1 /10 等高距。完全滿足精度要求，碎部點對于臨近圖根點平面位置中誤差不大于圖上016 mm，同樣滿足精度要求。

6 幾點體會

（1）RTK 技術(shù)能夠?qū)崟r地提供測量成果，操作簡便，靈活方便，工作狀態(tài)穩(wěn)定，能快速、準(zhǔn)確地測定圖根點，碎步點的坐標(biāo)和高程，實時提供精度可達厘米級，不需要分級布網(wǎng)，可以大大減少生產(chǎn)成本，減輕作業(yè)員的勞動強度，提高測量速度和效益。

（2）應(yīng)根據(jù)測區(qū)的實際情況選擇合適的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解方法。參與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的已知點應(yīng)在3 個以上，且分布均勻，測量過程中，盡可能地檢測一定數(shù)量的測區(qū)內(nèi)和相鄰的控制點，以發(fā)現(xiàn)異常情況，并剔除原控制網(wǎng)的粗差點，便于做好與已有地形圖或工程項目的接邊工作。

（3）測量時需采用一些方法來提高測量精度。如延長測量時間，架設(shè)對點器，選擇有利觀測時間，增加觀測次數(shù)或改變基準(zhǔn)站等。同精度兩次測量的較差取3cm 以下為宜。

（4）在城市和山區(qū)樹木較少的地形測量中，GPS-RTK 技術(shù)可以替代全站儀進行圖根導(dǎo)線測量，所測范圍內(nèi)在不通視的條件下測定無累積誤差的圖根點，使測圖所需圖根點的數(shù)量在滿足要求時可多可少，機動靈活，而且移動點至基準(zhǔn)點的距離可以很長（最好不要超過10 公里）。

（5）如輔助相應(yīng)的軟件，RTK 可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK 與全站儀各自的優(yōu)勢。

參考文獻

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