GPS—RTK在數(shù)字化測圖中的作用和地位

舒杰斌

摘要：隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步以及電子產(chǎn)品的不斷更新，人們對測繪圖的精度等要求不斷提高。由于數(shù)字化測繪技術(shù)不斷發(fā)展，GPS-RTK已經(jīng)逐漸應(yīng)用于數(shù)字化測圖中，逐漸取代了傳統(tǒng)的測繪方式。本文詳細(xì)討論了GPS-RTK在數(shù)字化測圖中的作用和地位，旨在為今后GPS-RTK在數(shù)字化圖紙中的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK；數(shù)字化；作用

引言：自上世紀(jì)七十年代以來，我國的電子信息技術(shù)及數(shù)字化技術(shù)在應(yīng)用過程中不斷的完善和改進(jìn)。我國傳統(tǒng)的測繪技術(shù)基于耗時(shí)較多，過程復(fù)雜，準(zhǔn)確程度不高等弊端，已經(jīng)逐漸被較為先進(jìn)的數(shù)字化繪圖技術(shù)所取代，在數(shù)字化繪圖中，采集手段通常采用兩種，分別為GPS-RTK和全站儀，也有將這兩種設(shè)備聯(lián)合使用的情況。依靠GPS-RTK的測繪圖繪制較多，工作人員經(jīng)過多年的工作實(shí)踐，已經(jīng)在工作當(dāng)中積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，也取得了一定的成績。

一、數(shù)字化測圖概述

隨著GPS-RTK等先進(jìn)測量儀器和技術(shù)的廣泛使用，數(shù)字測圖技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在房產(chǎn)、土地管理、城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)及軍事工程等部門已得到廣泛應(yīng)用。數(shù)字化測圖的實(shí)質(zhì)是一種全解析機(jī)助測圖技術(shù)，它使得地形測量成果不再僅僅是繪制在紙上的地形圖，而是以計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)為載體的，可供計(jì)算機(jī)傳輸、處理、多用戶共享的數(shù)字地形信息，與模擬測圖相比具有顯著優(yōu)勢和發(fā)展前景，目前許多測繪部門已經(jīng)形成了數(shù)字圖的規(guī)模生產(chǎn)廣義的數(shù)字化測圖又稱為計(jì)算機(jī)成圖，主要包括地面數(shù)字測圖、地圖數(shù)字化成圖、航測數(shù)字測圖和計(jì)算機(jī)地圖制圖。

二、GPS-RTK測量原理

RTK測量方法是一種基于差分工組原理進(jìn)行的測量手段，采用三臺或者三臺以上的GPS設(shè)備同時(shí)工作，來進(jìn)行信號的接收。將其中一個(gè)設(shè)備固定在指定的位置上，命名為標(biāo)準(zhǔn)站，其余的兩臺或者多臺設(shè)備根據(jù)實(shí)際的測量位置需要進(jìn)行分布，叫做移動臺或者移動工作站，RTK技術(shù)是測量較為準(zhǔn)確、迅速的測量手段，其主要是通過不同測量臺之間的相位不同，根據(jù)具體的差值進(jìn)行定位的。RTK的側(cè)量手段主要有三種，分別為坐標(biāo)法、距離差法和相位差法。相位差法由于其具有較高的精度而被廣泛使用，精度等級可以達(dá)到厘米。相位差法通常分為兩種，其中一種是修正法，這種方法是標(biāo)準(zhǔn)站把相位值進(jìn)行傳遞，傳遞給不同位置的流動站，如果傳遞的相位值與所在流動站本身所收到的數(shù)值不一致，則進(jìn)行修改，修改完成以后，流動站再自動獲取自身的實(shí)際位置參數(shù)，這種方法的操作較為繁瑣，數(shù)據(jù)傳輸速度較慢，且有時(shí)存在不準(zhǔn)確的狀況，所以又被成為次RTK技術(shù)；第二種是差分法，首先將標(biāo)準(zhǔn)站所獲取的信息發(fā)送給使用者，使用者再通過相應(yīng)公式的計(jì)算趔彳亍坐標(biāo)的求解，所謂求解，即是對整個(gè)周期模糊度的計(jì)算，也叫作RTK初始計(jì)算，計(jì)算完成以后，再通過不同的流動站進(jìn)行數(shù)據(jù)的差分計(jì)算，這一種是較為準(zhǔn)確的RTK技術(shù)。這種技術(shù)的要求是標(biāo)準(zhǔn)站能夠準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的發(fā)出不同的信息，將信息傳輸給不同地點(diǎn)的流動站，流動站快速的接收信號和信息以后，進(jìn)行整體模糊度的求解和計(jì)算，當(dāng)累計(jì)一定數(shù)值以后，便可以實(shí)時(shí)的解出準(zhǔn)確的位置。

三、GPS-RTK測量原理應(yīng)用于數(shù)字化測繪圖的優(yōu)勢

載波相位差分技術(shù)在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)當(dāng)中可以滿足全天的全球定位，不會受到時(shí)間和地理位置等其他因素的影響。圖根以及測量能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行，同步進(jìn)行，不受條件限制，也可以無圖根使用，這種無圖根的方法不僅使操作更加簡便，獲得結(jié)果迅速，而且節(jié)省了很多人力資源和物力資源。采用載波相位差分技術(shù)進(jìn)行圖紙的繪制，極大的節(jié)省了勞動力，并且繪圖速度有所提高，準(zhǔn)確度也較傳統(tǒng)的繪圖方式有很大的進(jìn)步。一個(gè)圖紙采用傳統(tǒng)的繪圖方式可能需要5-6天才能夠完成，而在載波相位差分技術(shù)的使用條件下，可能僅僅只要一個(gè)工作人員在1-2天內(nèi)就能夠完成任務(wù)。為了使工作時(shí)間減小，可以采取幾個(gè)不同的工作臺同時(shí)進(jìn)行工作，這樣，可以使繪圖的時(shí)間更為減少，工作效率成倍的增長。由于載波相位差分技術(shù)的誤差出現(xiàn)概率較小，且不會進(jìn)行疊加，不會在計(jì)算中依次傳遞，所以繪制圖紙的精度就等于傳統(tǒng)方式繪制圖紙中的根位置精度，使精度較之前有了極大的改善。在繪制多維圖紙方面，載波相位差分技術(shù)可以借助于現(xiàn)代化的手段，隨著不斷的接收信號和信息，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理工作，實(shí)時(shí)完成三維圖紙的繪制，精度到厘米級。采用載波相位差分技術(shù)的操作較為簡單，不需要傳統(tǒng)的繪圖過程中較為復(fù)雜的程序，只依靠標(biāo)準(zhǔn)臺以及幾個(gè)流動工作臺的工作就能夠獲取到相應(yīng)的信息和信號，對信號的獲取和定位等技術(shù)都是由設(shè)備自動完成的，極大的節(jié)省了人力。

四、GPS-FTK系統(tǒng)的工作流程及重要作用

利用載波相位差分技術(shù)進(jìn)行的數(shù)字化繪圖的流程為：首先利用載波相位差分技術(shù)對圖根位置進(jìn)行測量，之后使用全站儀對碎部點(diǎn)進(jìn)行測量，或者直接通過載波相位差分技術(shù)進(jìn)行碎步點(diǎn)的測量。當(dāng)全部測量完成之后，再進(jìn)行圖紙的繪制。

1.控制測量。普遍使用的常規(guī)控制測量方法有：角形測量法、線形測量法等，這些測量方法在操作過程中比較浪費(fèi)時(shí)間，測量準(zhǔn)確程度不高，外音不清楚測量狀況及測量的準(zhǔn)確度。采用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行測量時(shí)，則不需要在對不同的點(diǎn)進(jìn)行精度及準(zhǔn)確度較高的定位，便可以完成測量任務(wù)，但是在測量之后要認(rèn)真的對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，有一些準(zhǔn)確度不高的點(diǎn)或者明顯不合理的測繪點(diǎn)需要進(jìn)行舍去，這種方法的缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)控制和定位，如果在數(shù)據(jù)處理的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度不夠或者精度不滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求，則需要重新進(jìn)行數(shù)據(jù)的獲取，重新計(jì)算。載波相位差分技術(shù)彌補(bǔ)了上述兩種方法的不足之處，其可以對數(shù)據(jù)實(shí)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測并定位，保證其精度滿足要求，采用這種技術(shù)，節(jié)約了時(shí)間，極大的提高了測繪效率。所以，在目前控制圖的測量當(dāng)中，只有一些精度較高的測量需要采用全球定位系統(tǒng)的靜態(tài)定位方法，其余均采用載波相位差分技術(shù)進(jìn)行操作。

2.圖根控制測量。測量標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，相比于距離較近的控制點(diǎn)，圖根點(diǎn)的誤差要小于0.08mm，高度方向上誤差要小于圖紙高度距離的1/12，結(jié)合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)值分析載波相位差分技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，這種技術(shù)能夠完全滿足標(biāo)準(zhǔn)中的所有規(guī)定。采用載波相位差分技術(shù)進(jìn)行圖紙測量時(shí)，通常通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)臺和幾個(gè)流動臺的聯(lián)合使用來完成作業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)臺的操作過程為：對天線進(jìn)行對正、調(diào)平、定位以及測量標(biāo)高；將全球定位系統(tǒng)的天線和系統(tǒng)的主機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確、合理的連接；將全球定位系統(tǒng)的主機(jī)與發(fā)射電臺、電源進(jìn)行正確連接；設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)臺的各項(xiàng)參數(shù)，由于不同類型的全球定位系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造不同、型號不同、操作程序有所不同，列其設(shè)置包括：坐標(biāo)數(shù)據(jù)的設(shè)置、發(fā)射電臺的頻段、數(shù)據(jù)傳輸速度、控制點(diǎn)的定位、接收裝置的類型、天線的型號、天線的尺寸等等；使用基準(zhǔn)臺，并校正檢查點(diǎn)的位置正確與否；開動發(fā)射臺。

3.碎部點(diǎn)測量。GPS-RTK在對碎步進(jìn)行測量時(shí)，操作較為簡單，需要在標(biāo)準(zhǔn)臺上放置—個(gè)全球定位系統(tǒng)接收裝置，流動臺的工作只要單人就能夠完成。操作人員只要拿著設(shè)備在準(zhǔn)備測量的碎部點(diǎn)附近停留瞬間，通過幾秒鐘的信號接收，之后在設(shè)備上輸入正確的代碼，便可以完成數(shù)據(jù)的收集。在這一操作中，必須要保證點(diǎn)的定位精度滿足設(shè)備的要求，并且操作人員需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的存儲。根據(jù)這樣的操作速度，很快便能夠完成要求范圍內(nèi)所有地點(diǎn)的測量工作。在實(shí)際的操作當(dāng)中，載波相位差分技術(shù)測量碎步點(diǎn)的方式主要有兩種，分別為點(diǎn)狀態(tài)和線狀態(tài)。其操作流程包括：正確的連接設(shè)備，將全球定位系統(tǒng)的天線、主機(jī)以及信號接收線路、控制裝置做好連接；通過控制裝置對全球定位系統(tǒng)的主機(jī)進(jìn)行啟動，同時(shí)建立相應(yīng)的工作任務(wù)，包括測量等工作；進(jìn)行不同參數(shù)的設(shè)置，首先選擇全球定位系統(tǒng)的主機(jī)，然后選擇接受線路的形式，最后調(diào)試電臺；選擇載波相位差分技術(shù)的工作方式，為點(diǎn)狀態(tài)或者是線狀態(tài)；對天線的長度以及測量地點(diǎn)的名稱進(jìn)行設(shè)置，最后設(shè)置的名稱會根據(jù)設(shè)置順序依次增加；進(jìn)行載波相位差分技術(shù)的測量；測量終止，在進(jìn)行不同位置的數(shù)據(jù)測量時(shí)，只要選擇“啟動”或者“終止”按鈕，便可以完成相應(yīng)的操作。載波相位差分技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)或者資料轉(zhuǎn)換為所需要的數(shù)字輸入到繪圖軟件中以后，所有的數(shù)據(jù)都是高位測量點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集的過程中，需要一邊對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，一邊進(jìn)行草圖的繪制，并且按照點(diǎn)的順序做好相應(yīng)的記錄，內(nèi)業(yè)中，首先將測量得到的數(shù)據(jù)資料轉(zhuǎn)換為繪圖中能夠使用的文件類型，之后在圖紙中實(shí)現(xiàn)對不同點(diǎn)位的繪制，采用不同的線段或者符號繪制所需的圖紙。

四、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)

對內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理主要包括對全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和采用標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行圖紙的繪制兩部分。第一項(xiàng)操作的進(jìn)行比較節(jié)省時(shí)間，第二項(xiàng)操作由于涉及到的環(huán)節(jié)比較多，所以過程比較復(fù)雜，相對需要的時(shí)間較長。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的流程為：首先，進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的處理，處理包括兩個(gè)內(nèi)容，分別為全球定位系統(tǒng)控制網(wǎng)的計(jì)算和載波相位差分技術(shù)參數(shù)的處理。全球定位系統(tǒng)的線性計(jì)算和差值處理可以使用不同的軟件，通過衛(wèi)星的準(zhǔn)確定位，正確的數(shù)據(jù)采集來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集通常使用的是動態(tài)采集方法；使用載波相位差分技術(shù)可以直接通過設(shè)備獲取相應(yīng)的位置坐標(biāo)以及其準(zhǔn)確程度，載波相位差分技術(shù)的資料整理包括兩部分內(nèi)容，分別為不含有差值的觀測值和標(biāo)準(zhǔn)化的存儲形式。依據(jù)對圖紙所要求的精度以及實(shí)際的誤差值來去除較為不合理的觀察值。標(biāo)準(zhǔn)軟件是我國自主開發(fā)的一種較為先進(jìn)的數(shù)字化繪圖軟件，是在CAD繪圖軟件的基礎(chǔ)之上進(jìn)行一系列的創(chuàng)新和整合，所開發(fā)的新型軟件。這款軟件操作方便，容易掌握，軟件中自帶各種不同的工具和插件，以滿足使用的需要，繪圖人員只需要仔細(xì)閱讀軟件的使用說明書，便能夠熟練的對軟件進(jìn)行操作。

五、GPS-FTK的重要地位及影響因素

傳統(tǒng)的測量辦法為由整體到局部，首先進(jìn)行控制操作，之后再進(jìn)行分級設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的操作，圖紙上可以顯示不同的網(wǎng)絡(luò)，分別為一級控制、機(jī)密控制和根部控制、信號信息采集和圖紙繪制圖紙，要想把一項(xiàng)圖紙的測繪工作，需要對現(xiàn)場進(jìn)多次的實(shí)地考察與測量，工作中涉及到的人員較多，時(shí)間較長，效率比較低。并且精度不高，準(zhǔn)確程度不夠，使圖紙中顯示的各種數(shù)值精確度比較低。面對傳統(tǒng)測繪過程中的諸多不便，GPS-RTK采集數(shù)據(jù)的方式改變了傳統(tǒng)的工作狀況，能夠?qū)⒁患壙刂?、機(jī)密控制和根部控制、信號信息采集這一系列的程序簡化，使精度提高。

1.基準(zhǔn)站。根據(jù)GPS-RTK的工作原理，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)臺的坐標(biāo)精度不高時(shí)，流動站的坐標(biāo)便很難準(zhǔn)確，無論三維還是二維坐標(biāo)都存在一定的誤差或者偏差，只有標(biāo)準(zhǔn)臺的定位較為準(zhǔn)確，才能夠保證其他定位尺寸的準(zhǔn)確性，因此，首級控制網(wǎng)的測設(shè)一定要嚴(yán)格進(jìn)行，需要根據(jù)其相關(guān)規(guī)范嚴(yán)格操作，精度上到達(dá)規(guī)范要求，這樣才能保證標(biāo)準(zhǔn)臺的準(zhǔn)確定位。

2.觀測狀況。電離的影響、多路徑的影響、天線的長度等測量值的精確與否都會對測量的準(zhǔn)確程度有一定的影響，所以，只有采用較好的測量條件和觀測手段才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)臺的選擇，要充分考慮到衛(wèi)星信號的影響以及數(shù)據(jù)的影響，還有不同路徑的影響。根據(jù)氣象條件以及衛(wèi)星的預(yù)測手段，應(yīng)選擇最合理的時(shí)間進(jìn)行觀測才能保證數(shù)值的準(zhǔn)確性，當(dāng)坐標(biāo)的精確程度滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值之后進(jìn)行觀測，才能夠保證測量的準(zhǔn)確程度。標(biāo)準(zhǔn)臺的天線長度應(yīng)該按照指定的辦法確定，流動站的天線長度應(yīng)該采用線桿來準(zhǔn)確獲取。

3.參數(shù)轉(zhuǎn)換。不同坐標(biāo)值的準(zhǔn)確度與獲取辦法要相互吻合，控制點(diǎn)自身的準(zhǔn)確度要滿足要求，并且控制點(diǎn)的數(shù)量根據(jù)測區(qū)面積及現(xiàn)狀能夠達(dá)到其規(guī)范要求，且分布要均勻，才能夠保證控制網(wǎng)的整體精度，從中計(jì)算出來的轉(zhuǎn)換參數(shù)才更有效。每次作業(yè)前都要在附近控制點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)的檢核，滿足規(guī)范要求后，方可進(jìn)行碎步點(diǎn)的采集。

4.數(shù)據(jù)鏈?；鶞?zhǔn)鏈的選取要合理，其長度可以設(shè)置的較短，滿足測量需要即可。通?？刂破溟L度小于14千米，如果標(biāo)準(zhǔn)臺上設(shè)置儀器，則要保證儀器位置對中，并且整齊，測量狀況良好。在數(shù)據(jù)的整理中，對于測量誤差較大的或者無效數(shù)據(jù)，要盡快除去，避免對結(jié)果的干擾。

結(jié)束語：綜上所述，采用GPS-RTK設(shè)備繪制數(shù)字化測圖與傳統(tǒng)的圖紙繪制相比較，極大的節(jié)省了時(shí)間，節(jié)約了人力和物力，使工作效率有了較大的提高。我國的測繪人員在近些年的工作中積累了寶貴的工作經(jīng)驗(yàn)，尤其是現(xiàn)在各個(gè)省和城市都建立的CORS站（連續(xù)運(yùn)行參考站），使得GPS-RTK在各行各業(yè)建設(shè)中更加靈活方便的運(yùn)用，這使得一些普通的測量在效率方面又得到了一次升華，在今后的工作當(dāng)中，還應(yīng)該學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)和工作經(jīng)驗(yàn)，再結(jié)合我國的實(shí)際狀況，使GPS-RTK技術(shù)在數(shù)字化測圖中得到進(jìn)一步的提高。