GPS—RTK技術(shù)在城市地形圖測量中應(yīng)用研究

駱喜++向松林

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.011

摘 要：與傳統(tǒng)的導(dǎo)線測量比較，RTK 圖根控制測量自動化程度高，實時提供經(jīng)過檢驗的成果資料，無需數(shù)據(jù)后處理，擁有彼此不通視條件下遠距離傳遞三維坐標(biāo)的優(yōu)勢，并且不像導(dǎo)線測量那樣會產(chǎn)生誤差累積，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠。該文以貴陽某測區(qū)案例為研究背景，探討了trimble 5800 GPS-RTK接收機在圖根控制測量中的應(yīng)用，簡述了RTK的工作原理，并對其精度進行了分析，根據(jù)GPS-RTK技術(shù)在圖根控制測量中的應(yīng)用情況提出幾點建議，希望對從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK 控制測量 精度

中圖分類號：TB22 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（c）-0011-02

隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展，人們對快速高精度位置信息的需求也日益強烈。而目前使用最為廣泛的快速高精度定位技術(shù)就是RTK（實時動態(tài)定位：Real Time Kinematic），RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于使用了GPS的載波相位觀測，并利用了參考站和移動站之間觀測誤差的空間相關(guān)性，通過差分的方式除去移動站觀測數(shù)據(jù)中的大部分誤差，從而實現(xiàn)高精度（分米甚至厘米級） 的定位。它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖等各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

1 RTK概論

1.1 RTK的工作原理

RTK是以載波相位觀測為根據(jù)的實時差分GPS測量，它能夠?qū)崟r提供測站點在指定坐標(biāo)系中的厘米級精度的三維定位結(jié)果。RTK定位測量通常是由一個基準(zhǔn)站和一個或多個流動站組成，接收機之間建立實時數(shù)據(jù)通訊。開始作業(yè)時，流動站首先依次在兩個或兩個以上已知點上進行測量，通過實時數(shù)據(jù)傳輸和基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)進行差分處理，得到流動站與基準(zhǔn)站之間的高精度GPS基線向量。同時，利用已知點之間GPS基線向量（間接基線）及已知坐標(biāo)數(shù)據(jù)，求得GPS三維基線向量轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)三維基線向量的轉(zhuǎn)換參數(shù)，及基準(zhǔn)點的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這個過程稱為初始化，初始化完成后即可開始測量。流動站到待測點上，通過與基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)的實時差分處理，求得基準(zhǔn)站到流動站的高精度的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)三維坐標(biāo)差。

1.2 RTK測量系統(tǒng)的組成

RTK測量系統(tǒng)一般由以下3部分組成：GPS接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備，該基本組成至少需要一個基準(zhǔn)站和一個流動站。

2 RTK測量實例

2.1 測區(qū)范圍概況

測區(qū)位于貴陽市某區(qū)，面積約為6 km2。測區(qū)多為居民區(qū)及工廠，西邊較少部分臨山?？傮w上測區(qū)地勢較為平坦、建筑物平均高度較低。海拔1 900～2 000 m左右。測區(qū)共有4個街區(qū)，上百家大小單位，近七個村莊。

在進行測量工作前，收集了測區(qū)相應(yīng)的資料。收集到測區(qū)范圍內(nèi)及其周邊41個I級導(dǎo)線點成果（高程為三等水準(zhǔn)成果）。在該次測繪工作中，平面采用2004昆明坐標(biāo)系；高程采用1985國家高程基準(zhǔn)。

采用的主要儀器設(shè)備主要有：雙頻trimble 5800 GPS-RTK、徠卡TS06全站儀3臺、筆記本電腦6臺等。

2.2 RTK測量的具體步驟

RTK測量采用貴陽市獨立坐標(biāo)系CORS網(wǎng)，測量的具體步驟如圖1。

2.2.1 流動站設(shè)置

1個流動站只需1名測量員通過手簿進行測量操作。連接好流動站接收機、天線、測桿后，先進行測量類型和電臺的配置，使其與基站無線電連接，輸入流動站的天線高，輸入觀測時間、次數(shù)，設(shè)置機內(nèi)精度，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±2.0 cm，PDOP<6。

2.2.2 校正測量

由于基準(zhǔn)站設(shè)置于未知點上，因此必須對已知點進行校正測量，才能在手簿上求解出WGS-84坐標(biāo)與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。校正點的數(shù)量視測區(qū)的大小而定，一般取3～6點為宜。在手簿中輸入校正點的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，流動站置于校正點上測量出該點的WGS-84坐標(biāo)，將所選的校正點逐一測量后，通過手簿上的點校正計算即可求解出轉(zhuǎn)換參數(shù)。點校正測量結(jié)束后，先在已知點上測量，檢查轉(zhuǎn)換參數(shù)無誤后才能進行新的測量。

2.2.3 圖根點控制測量

圖根點的布設(shè)應(yīng)該以點組的形式出現(xiàn)，每組應(yīng)有兩個或者三個兩兩通視的圖根點組成，以便于安置全站儀測量時定向和測站檢核，圖根點之間的距離應(yīng)隨點位而定，一般不超過100 m。圖根點測量時只需在測站上輸入點名，按提示測量存儲，正常情況下，5 s即可結(jié)束一個點的觀測。該測區(qū)一共布設(shè)了287個圖根點。

2.3 精度分析

在整個測區(qū)約6 km2的范圍中，用GPS-RTK一共布設(shè)了287個圖根點。為了檢驗RTK圖根點的實際精度，RTK測量結(jié)束后，用全站儀（徠卡TS06power 5〞）對部分相互通視的點實測檢查。

在進行全站儀實測過程中，首先檢查邊長。用I級導(dǎo)線點檢查RTK實測圖根點，進行邊長復(fù)測檢查（見表1）。

除了對邊長檢查外，還對部分圖根點與I級導(dǎo)線點進行聯(lián)測，再對RTK實測圖根點進行復(fù)測，對復(fù)測得到的坐標(biāo)與RTK實測圖根點測量坐標(biāo)的反算邊長、高差比較，得到點位置最大誤差為4.1 cm，高程誤差最大為5.9 cm，結(jié)果表明所測點精度良好。因此可以看出， RTK實測精度完全符合圖根測量的精度要求，而且RTK測量誤差分布均勻，不存在誤差積累問題（見表2）。

3 結(jié)論

（1）RTK圖根控制測量與傳統(tǒng)的導(dǎo)線測量比較，RTK圖根控制測量自動化程度高，實時提供經(jīng)過檢驗的成果資料，無需數(shù)據(jù)后處理。

（2）擁有在彼此不通視條件下遠距離傳遞三維坐標(biāo)的優(yōu)勢，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠。

（3）精度達到圖根點等級要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題。

（4）GPS-RTK操作簡單，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)省了外業(yè)費用，提高了勞動效率。

綜上所述，GPS-RTK測量的精度完全能滿足圖根控制測量的要求，與傳統(tǒng)控制測量比較，GPS-RTK測量作業(yè)效率高、定位精度高、數(shù)據(jù)安全可靠、作業(yè)不受通視條件影響、單站測量控制范圍廣、操作簡單、能有效減少因地形復(fù)雜帶來的繁重工作量，顯現(xiàn)出RTK的作業(yè)優(yōu)勢。

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