GPS RTK技術在數(shù)字測圖中的應用

馬天亮

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州 510170)

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GPS RTK技術在數(shù)字測圖中的應用

馬天亮

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣州 510170)

近幾年來，我國的經(jīng)濟在不斷的發(fā)展，同時我國的科學技術也在逐漸提高，GPS技術也越來越成熟了，尤其是GPS RTK技術在工程測量的運用范圍也越來越廣泛了。文章通過分析GPS RTK技術的原理，結(jié)合了GPS RTK坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解以及精度評定,闡述了GPS RTK技術在數(shù)字測圖實際運用情況。

GPS RTK技術；轉(zhuǎn)換參數(shù)；精度評定；數(shù)字測圖

0 引 言

自改革開放以來，我國的經(jīng)濟得到了快速的發(fā)展，與國外的交流也越來越頻繁，同時我國的科學技術也得到了巨大的發(fā)展。工程建設是我國重要的發(fā)展項目之一，工程測量作為工程中最重要的工作之一，我國對其的發(fā)展十分重視。就目前而言，越來越多的先進設備運用到了工程測量中，如水準儀、全站儀等,因此我國的工程測量技術的質(zhì)量也越來越高了。綜合目前國內(nèi)外的情況來看，最先進的測量技術就是GPS實時動態(tài)測量(RTK),該項技術不僅所運用的科學技術非常先進而且其測量方法簡單易學，同時測量結(jié)果的精度也非常高，因此該項技術的出現(xiàn)使得工程測量發(fā)生革命性的變化。

1 GPS RTK技術的定位原理

截至到目前為止，GPS RTK技術運用于工程測量中已有一年的時間了，該項技術的運用使得工程測量各個方面都提高了，促進了工程測量事業(yè)的發(fā)展。GPS RTK技術的實質(zhì)就是GPS實時動態(tài)測量技術，該項技術是在載波相位觀測值的基礎上發(fā)展而來，該技術的優(yōu)點就是能夠在測量的任何時候獲得測站點的坐標，同時該坐標的確立采用的是三維定位十分精確。組成GPS RTK系統(tǒng)的部分主要有3個，分別為基準站、移動站和數(shù)據(jù)鏈。基準站接收機是固定在三腳架上的，其主要作用是接收可視GPS信號，同時還會通過數(shù)據(jù)鏈傳輸部分數(shù)據(jù)。移動站接收機的主要作用是跟蹤GPS衛(wèi)星信號和接受來自基準站的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈的主要作用就是傳遞數(shù)據(jù)。

2 求解坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)及精度評定

2.1 坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解

通常情況下，我國在進行工程測量工作時通常使用的坐標是北京54坐標系和西安80國家坐標系。但是隨著科學技術的不斷發(fā)展，我國在進行測量時所使用的測量方法逐漸發(fā)生了改變，現(xiàn)在大多數(shù)都采用了GPS衛(wèi)星技術來進行測量，所使用的坐標為世界大地坐標系，即為WDS84。為了使兩者相適應，就必須解決坐標的轉(zhuǎn)換問題，一般情況下所使用的坐標轉(zhuǎn)換方法如下文所示。首先是鍵入一定數(shù)量控制點的地方坐標，其次是在這些控制點上采集WGS84坐標，最后通過這些控制點校正擬定出最佳的轉(zhuǎn)換參數(shù)。通過該種方法就可以實現(xiàn)坐標的轉(zhuǎn)換，同時其轉(zhuǎn)換的準確性與控制點的數(shù)量和控制點的分布有關[1]。

2.2 GPS RTK的精確度評價指標

GPS RTK是一項非常具有發(fā)展前景的技術，對于該項技術精度的評價指標主要有以下兩個方面。第一個評價指標就是載波相位的整周模糊度[2]。根據(jù)相關的要求，在進行工程測量時要求基準站和移動站之間的距離要≤15km。這是因為RTK技術的處理數(shù)據(jù)的能力是在一定的范圍之內(nèi)的，而能力的大小與載波相位的整周模糊度有關，當基準站和移動站之間的距離超過了15km時，其整周模糊度就不能得到固定的解，從而降低了其數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理的能力，那么其測量精度就不精確了。第二個評價指標是均方根RSM。RSM表示的是RTK定位點的觀測精度，它包括了大概70%的定位數(shù)據(jù)的誤差圓的半徑。一般情況下，在進行測量的時候，基準站和移動站之間的距離都保持在6km的范圍內(nèi)，通常用平面均方根和高程均方根來測定精度。平面均方根，它所表示的是平面坐標的定位精度；高程均方根，它所表示的是高程坐標的定位精度，高程誤差約為平面誤差的兩倍。

3 數(shù)字測圖的實例

本次數(shù)字測量的測區(qū)是某一地區(qū)的邊界，測圖所采用的比例為1∶2000。所測地區(qū)的地勢較為平坦，主要的地物是村莊、樹林和稻田等，整個測區(qū)的范圍為 110km以內(nèi)。

3.1 內(nèi)業(yè)準備

在進行該地區(qū)的測量工作之前，需先進行一定的內(nèi)業(yè)準備。搜集該地區(qū)已有的測量成果，并根據(jù)已有的坐標網(wǎng)確定特征點的坐標，并且保證其沒有明顯的變動，必要時可以進行地區(qū)踏勘。首先，通過搜集的數(shù)據(jù)進行規(guī)劃，并檢驗規(guī)劃數(shù)據(jù)是否合理，是否符合相關的規(guī)定。其次，檢查測量工具是否齊全并且能否正常使用。最后則是制定相應的合理的測量計劃[3]。

3.2 外業(yè)測量

外業(yè)測量是整個工程測量中最重要的部分，主要包括控制測量和地形測量及碎步測量兩個部分。在開始控制測量之前需要先進行機內(nèi)精度的設置。精度的設置主要是指點位中誤差和高程中誤差，通常情況下點位中誤差為±2.0cm，高程中誤差為±3.0cm。在控制測量過程中對于每個控制點都需要進行兩次測量，且當兩次測量的結(jié)果的差值≤±3cm時，取其平均值作為最后的結(jié)果。同時因為對每個控制點都進行了四等水準測量，所以在觀測時要隨時檢查點的RTK高程。表1和表2分別為RTK測量高程和水準高程的比較，RTK測量平面坐標和靜態(tài)數(shù)據(jù)的對比。從表1可以看出RTK測量高程和水準高程的最大差值為0.025m，最小差值為0.006m；從表2可以看出RTK平面坐標與D級點坐標的最大差值為0.018m，最小差值為0.011m，由此可以看出RTK測量的平面精度基本可以達到城市一級測量要求，同時RTK測量高程可以滿足繪圖的要求。在進行地形測量與碎部測量時，可以直接使用GPS RTK技術進行。文章所介紹的方式就是Trimble5700型GPS測量地形點，主要包括以下兩種方法，連續(xù)地形點測量和非連續(xù)地形點測量。連續(xù)地形點的測量一般用于等高線或連續(xù)曲線點的測量；非連續(xù)一般用于圖形屬性不同、精度要求不同、無法連續(xù)測量的測點。

3.3 內(nèi)業(yè)整理

當外業(yè)測量完成之后，就需要將外業(yè)測量的數(shù)據(jù)通過CASS軟件將其展現(xiàn)出來。首先需要進行坐標數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，其實就是將展點號和高程點同時選擇比例尺，將其編輯成圖，最后則是分幅，根據(jù)測圖的作用對其進行相應的標記。

3.4 精度分析

在進行測量的時候，無論是平面控制還是高程控制，GPS的精度需要滿足一定的要求。文章主要討論的是高程的GPS精度，如表3所示為RYK高程和四等水準點高程，HD為水準高程而GD為RTK實測的高程，從表中可知兩者的最大絕對值為0.022m，最小絕對值為0.004m。由此可知，使用GPS RTK技術所測的高程的精度能夠滿足測圖的要求，同時為了檢查其精度，本次作業(yè)RTK所測高程點還未參加轉(zhuǎn)換，這意味著如果這些高程點也進行高程轉(zhuǎn)換，其高程精度會更好[4]。

3.5 測量中應注意的問題

和傳統(tǒng)的測量方法相比較，采用RTK技術的測量方法的效率更高，其不僅測量速度快，所需要的測量人員少而且其測量精度更高。但是在進行實際操作時，可能會出現(xiàn)一些問題，影響測量工作的正常進行。

1)測量小組的成員要有團隊精神，學會合理的分工合作，避免出現(xiàn)漏測或重測的情況，提高測量效率，尤其是對于一些RTK測量較為困難的地區(qū)還需采用全站儀進補測。

2)合理選擇基準站，在選擇基準站時要考慮到數(shù)據(jù)鏈是否能正常工作，最好的選擇地點為測區(qū)中央或位置較高的地方。

3)則是測量精度的評定，在進行RTK測量之前，一定要聯(lián)測已知點。

4)某些地區(qū)情況比較復雜，難以直接進行測量，可以采用一定的集合方法解決[5]。

表1 RTK觀測值與水準高程比較

表2 RTK平面坐標與D級點坐標的計較

表3 RTK高程和四等水準點高程

4 結(jié) 論

采用GPS RTK技術進行測量，不僅精度高，操作方便而且它所需要的測量人員更少，效率更高，但是RTK技術要求基準站和作業(yè)半徑的距離在一定的范圍之內(nèi)，否則會影響其測量精度和正常作業(yè)。但總的來說，RTK技術為測量帶來巨大的福利，尤其是在地形圖測繪方面不再需要通過人工操作，直接是數(shù)字化成圖[6]。

[1]胡曉斌.集全站儀和GPS(RTK)聯(lián)合在數(shù)字測圖中的應用[D].成都：電子科技大學,2012.

[2]常增亮.GPS技術在電力工程勘測中的應用[D].青島：山東科技大學,2006.

[3]米鴻燕.GPS-RTK技術在滇池數(shù)字化測量中的應用研究[D].昆明：昆明理工大學,2003.

[4]莊慶賀，唐菲.GPS-PTK技術在數(shù)字測圖中的應用[J].山東水利,2009，11(02)36-37.

[5]韓偉清，鄧迪祥.PTK技術在數(shù)字測圖中的應用研究[J].人民長江,2007，53(05)：83-84.

[6]高志強,王洪祥.測繪工程中GPS RTK技術的應用實例[J].測繪與空間地理信息，2006(06)：74-76.

1007-7596(2017)05-0158-03

2017-04-20

馬天亮(1984-)，男，河南開封人，助理工程師。

P228.4

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