BDS—RTK在地形測量中的應(yīng)用

黎煒

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，人們對測繪產(chǎn)品提供的圖文資料、文字資料無論從精度或信息量的要求越來越高；另一方面，與測繪相關(guān)的儀器設(shè)備，應(yīng)用軟件，也在不斷地更新，科技含量較高的儀器設(shè)備被越來越多地應(yīng)用到了測繪領(lǐng)域?，F(xiàn)如今，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite Sys

tem，BDS）的發(fā)展越來越成熟，它的建立給導(dǎo)航系統(tǒng)和定位技術(shù)帶來了巨大的變化，很在程度上解決了地球上人類導(dǎo)航和定位問題，為工程測量提供了很好的方法。該系統(tǒng)中的RTK技術(shù)可以很好地應(yīng)用在地形測量中，但具體的方法和程序還不成熟，仍在不斷的完善，需要我們進(jìn)行深入的探索，分析出具體的方法步驟。

一、BDS的組成

（一）BDS組成部分。BDS由三大部分組成 ，分別為空間部分——北斗衛(wèi)星星座；地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分——BDS信號接收機?？稍谌蚍秶鷥?nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時服務(wù)，并具短報文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r能力，定位精度10米，測速精度0.2米/秒，授時精度10納秒。

（二）BDS定位原理。BDS由空間段計劃由35顆衛(wèi)星組成，包括5顆靜止軌道衛(wèi)星、27顆中地球軌道衛(wèi)星、3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星。5顆靜止軌道衛(wèi)星定點位置為東經(jīng)58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球軌道衛(wèi)星運行在3個軌道面上，軌道面之間為相隔120°均勻分布。2012年BDS亞太區(qū)域?qū)Ш秸介_通時，已為正式系統(tǒng)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了16顆衛(wèi)星，其中14顆組網(wǎng)并提供服務(wù)，分別為5顆靜止軌道衛(wèi)星、5顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（均在傾角55°的軌道面上），4顆中地球軌道衛(wèi)星（均在傾角55°的軌道面上）。

BDS衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位的基本原理是延時測距，通過測量四個已知位置上信號傳播的延時時間，確定四個已知位置至用戶的距離，根據(jù)這四個測量解算出用戶的三維位置和用戶與已知位置的時間同步偏差。BDS定位方式大體有兩類：BDS定位和差分BDS定位。目前，實時動態(tài)測量系統(tǒng)，已在約20KM的范圍內(nèi)，得到了成功的應(yīng)用。相信，隨著數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備性能和可靠性的不斷完善和提高，數(shù)據(jù)處理軟件功能的增強，它的應(yīng)用范圍將不會不斷地擴大。

二、RTK的概述及其原理

（一）概述。RTK（Real Time Kinematic）稱實時動態(tài)載波相位養(yǎng)分。其設(shè)備是在兩臺靜態(tài)型測量儀器間加上一套無線電數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)（也稱數(shù)據(jù)鏈），將相對獨立的BDS信號接收系統(tǒng)連成一個有機整體。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機，數(shù)據(jù)量較大，一般都要求9600的波特率，這在無線電上不難實現(xiàn)。

（二）原理?；鶞?zhǔn)站把接收的所有衛(wèi)星信號和基準(zhǔn)站的一些信息都通過系統(tǒng)傳送到流動站，流動站本身在接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時，也接收基準(zhǔn)站傳送的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。在流動站完成初始化后，把接收到的其站信息傳到控制器內(nèi)，并將基準(zhǔn)站的載波觀測信號與本身接收到的載波觀測信號進(jìn)行差分處理。因此，要求

BDS接收機要具備很強的運算能力。

（三）RTK系統(tǒng)的組成。BDS-RTK系統(tǒng)由一個基準(zhǔn)站，若干個流動站及通訊系統(tǒng)三部分組成?；鶞?zhǔn)站包括BDS接收機、BDS天線、無線電通訊發(fā)射設(shè)備使用的電源及基準(zhǔn)站控制器等部分。

三、RTK系統(tǒng)工作流程

RTK定位時，基準(zhǔn)站將觀測值及其已知坐標(biāo)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給流動站，流動站一僅采集BDS觀測數(shù)據(jù)還要接受通過數(shù)據(jù)鏈電臺送來的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，并在流動站上形成差分觀測之后實時求出流動站坐標(biāo)，其精度可達(dá)到厘米級。在BDS-RTK測量中，要求有三點：一是能接收5顆以上的BDS衛(wèi)星；二是遷站過程中不能關(guān)機、不能失鎖；三是必須能同時接收到BDS衛(wèi)星的信號和基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信號。

四、RTK系統(tǒng)在地形測量中的具體應(yīng)用

（一）地形介紹。為了很好地掌握實時動態(tài)技術(shù)RTK在山區(qū)大比例尺地形圖測圖中的應(yīng)用，需要選擇武漢黃陂的甘露山為測量地點，進(jìn)行1：500的地形測量。

（二）測量前的準(zhǔn)備。BDS-RTK內(nèi)存數(shù)據(jù)容量認(rèn)真了解各BDS點所處的環(huán)境運用BDS軟件預(yù)測點的最佳觀測時間檢查BDS-RTK的各項設(shè)置靜態(tài)或動態(tài)高度截止角數(shù)據(jù)采樣率天線類型天線量測方式。

（三）準(zhǔn)備相關(guān)資料。進(jìn)入測區(qū)之前要收集測區(qū)控制點資

料，包括控制點的坐標(biāo)、等次、中央子線、坐標(biāo)系統(tǒng)、是常用控制網(wǎng)還是BDS控制網(wǎng)、控制點的點之記、控制點的地形和周圍環(huán)境是否可作為RTK基準(zhǔn)參考站。

（四）使用進(jìn)行RTK基準(zhǔn)站的設(shè)定?；鶞?zhǔn)站選擇和安置應(yīng)滿足下列條件：（1）基準(zhǔn)站應(yīng)有正確的已知坐標(biāo)；（2）基準(zhǔn)站應(yīng)選在點位穩(wěn)固、方便架設(shè)儀器的地方；（3）基準(zhǔn)站應(yīng)選在地勢較高，較為開闊周圍無高度超過10米的障礙物；（4）為了防止數(shù)據(jù)丟失，以及出現(xiàn)多路徑應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)無BDS信號反射物、高壓線、電視塔、無線電發(fā)射臺、微波站等干擾源。

（五）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。（1）首先是對測量工具的準(zhǔn)備。在基準(zhǔn)站對中整平安置好BDS接收機，連接發(fā)射臺、電臺天線和電線，量取BDS天線高。（2）其次是對基準(zhǔn)站測量。這一步非常重要，也是測量能否成功的關(guān)鍵一步。到達(dá)測區(qū)后分別把

BDS架設(shè)在三個已知點，為一個預(yù)設(shè)點，并使用4臺BDS接收機采用星型布網(wǎng)方法，快捷靜態(tài)模式，測量時長30分鐘，現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理來求解轉(zhuǎn)換參數(shù)并驗證已知點的精度。（3）RTK測量。在已知點上設(shè)置BDS接收機一臺，并對一些具體的數(shù)據(jù)進(jìn)行提前準(zhǔn)備。一臺至多臺BDS接收機在若干待定點上設(shè)置?；鶞?zhǔn)站與移動站同時接收衛(wèi)星信號，基準(zhǔn)站將接收到的衛(wèi)星信號通過自備電臺發(fā)送給移動站，移動站將接收到的衛(wèi)星信號及基準(zhǔn)站發(fā)送來的信號傳輸?shù)娇刂朴涗洷具M(jìn)行實時差分及平差處理，實時得出本站的坐標(biāo)和高程及其實測精度，并隨時將實測精度與預(yù)設(shè)精度進(jìn)行比較，一旦實測精度達(dá)到預(yù)設(shè)精度指標(biāo)，記錄本將提示測量人員進(jìn)行記錄，實測記錄后，記錄本將測得的坐標(biāo)、高程和精度同時記錄，并終止本站的測量。同時每組應(yīng)有一人負(fù)責(zé)根據(jù)地形圖，并且注記每個點的屬性。（4）BDS數(shù)據(jù)處理。基線向量解算時可根據(jù)不同情況設(shè)置好是解算部分基線還是解算全部基線軟件自動解算；基線向量解算后可初步檢查一下評判各基線的置信參數(shù)檢查同步異步環(huán)等閉合差檢查不同時段同一條邊的較差查出超限原因剔除有粗差的基線。（5）平差計算。BDS定位使用的坐標(biāo)屬于WGS84大地坐標(biāo)系，而實用的測量坐標(biāo)是屬于國家坐標(biāo)系。因此，必須解決兩者坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換問題。BDS基線向量網(wǎng)的平差分為二種類型，一是無約束平差，二是聯(lián)合平差。目前，對于絕大多數(shù)的地區(qū)聯(lián)合平差是解決BDS坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的絕對手段，甚至是目前唯一行之有效的手段。因此，BDS網(wǎng)一般要聯(lián)測4-6個已知點。BDS坐標(biāo)系統(tǒng)的內(nèi)精度分析根據(jù)無約束平差成果，主要考察基線向量觀測值改正各點坐標(biāo)中誤差點位中誤差BDS基線向量邊的方位和邊長相對精度若發(fā)現(xiàn)有明顯粗差則要在聯(lián)合平差前去掉。聯(lián)合平差或約束平差成果的精度分析主要考察各類觀測值的改正的分布是否明顯粗差平差坐標(biāo)點，誤差轉(zhuǎn)換參數(shù)單位權(quán)中誤差是否通過統(tǒng)計檢驗邊長相對精度是否滿足設(shè)計的精度要求。

五、總結(jié)與展望

地形測量是工程測量中的一項重要組成部分，是工程測量的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，目前的基于BDS測量技術(shù)為地形測量提供了一種很好的方法，改變著當(dāng)前工程測量的技術(shù)手段，為下步的工程測量提供著很好的引導(dǎo)，是從事工程測量人員必學(xué)的技能之一。本文對詳細(xì)介紹了BDS-RTK的相關(guān)知識，并對如何使用BDS進(jìn)行地形測量進(jìn)行了分析，提出了基本的使用流程和方法，為工程測量人員提供了指導(dǎo)。但應(yīng)用BDS進(jìn)行地形測量作為一種新的測量方法，在具體的使用過程中，還有很多地方需要我們進(jìn)行研究，需要我們進(jìn)行更加深入的研究各探索。