GPS RTK在地形測量中的應(yīng)用

摘 要：本文簡單介紹了GPS RTK技術(shù)的基本原理，同時也對GPS RTK的一個正常的作業(yè)流程進(jìn)行一定的介紹，同時還對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。本文主要研究的是GPS RTK在地形測量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GPS RTK；地形測量；應(yīng)用

中圖分類號：P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0206-02

1 GPS RTK系統(tǒng)的基本原理

高精度的GPS在進(jìn)行測量的時候，一般就是對載波相位觀測值進(jìn)行使用，而RTK定位技術(shù)是以載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)。這樣的話，就能夠?qū)⒈粶y點(diǎn)在指定的坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果實時的提供給相關(guān)人員，并且這個結(jié)果還能夠達(dá)到厘米級的精確度。在使用RTK的時候，有關(guān)的基準(zhǔn)站使用數(shù)據(jù)鏈將一些坐標(biāo)的有關(guān)數(shù)據(jù)信息發(fā)送給相應(yīng)的流動站。而流動站這個時候就需要接收那些來自基準(zhǔn)站的一部分信息，同時還對GPS觀測的一部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行采集。同時在系統(tǒng)內(nèi)對于采集到的觀測值進(jìn)行實時的處理，同時可以得到一個厘米級的定位結(jié)果，耗時也非常短，甚至不到1s。流動站不僅可以處于一個靜止的狀態(tài)，同時也可以處于運(yùn)動的狀態(tài)；可以在相關(guān)的固定點(diǎn)上先對其進(jìn)行初始化然后再進(jìn)行動態(tài)作業(yè)，那么流動站就能夠隨時給出一個厘米級的定位結(jié)果。

2 GPS RTK在地形測量中的應(yīng)用

2.1 測區(qū)概括

某公司的礦區(qū)中，采空區(qū)以及該地區(qū)相鄰的山坡中，在生態(tài)環(huán)境治理工程施工前，要進(jìn)行一個前期的設(shè)計。但是因為現(xiàn)有的地形圖的精確度不能夠滿足實際工程設(shè)計需求，這就需要對地形圖進(jìn)行重新的繪制。但是因為山坡地形的實際情況，如果使用傳統(tǒng)的全站儀測量的辦法，那么就很難對地形進(jìn)行測量，而且需要的人數(shù)也相對較多，同時也有著很大的測量誤差，而且測量的工作效率也相對較低，因此可以使用GPS RTK技術(shù)。這樣的話就讓測量的精確度以及工作的效率得到了很大程度上的提高。

2.2 GPS RTK測量方法

2.2.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

在使用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行測量的時候，需要對坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這主要是因為GPS接收機(jī)輸出的信號是WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)，但是此次測量作業(yè)使用的坐標(biāo)是1980國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)。在對坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時候，主要需要的就是對四參數(shù)或者七參數(shù)以及高程擬合參數(shù)進(jìn)行計算，其中在對四參數(shù)進(jìn)行計算的時候，往往需要有兩個或兩個以上的控制點(diǎn)，四參數(shù)理想的控制范圍一般情況下是在20～30km2以內(nèi)，本次的測量工作可以使用四參數(shù)計算的方法?？刂泣c(diǎn)、公司辦公樓與測區(qū)相對位置示意如圖1。

在與控制點(diǎn)距離不是太遠(yuǎn)的空曠并且沒有干擾源的地方架設(shè)基準(zhǔn)站以及移動站，分別對兩個控制點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)進(jìn)行記錄，得到如表1所示的數(shù)據(jù)。

再通過使用RTK手簿中的相關(guān)軟件計算得出相應(yīng)的四參數(shù)，并將結(jié)果應(yīng)用到測量任務(wù)的相關(guān)坐標(biāo)系統(tǒng)之中。

2.2.2 基準(zhǔn)站架設(shè)及校正向?qū)?/p>

基準(zhǔn)站接收機(jī)在實際的測量工作進(jìn)行的時候，會實時的將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機(jī)，因此基準(zhǔn)站和移動站兩者之間不能夠有相對較大的障礙物。并且基準(zhǔn)站也需要架設(shè)在一個視野相對來說比較開闊，同時四周有很開闊的視野的地方，同時這個地方也要有一個相對較高的地勢，這樣的話就能夠讓GPS信號的接收更加容易。表2所示的就是RTK作用的距離和基準(zhǔn)站架設(shè)的高度關(guān)系。

2.2.3 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

GPS RTK技術(shù)的外業(yè)數(shù)據(jù)采集，指的就是將移動接收機(jī)置放在需要測量的地形地貌的碎部點(diǎn)上，同時再使用手簿測量出相應(yīng)的點(diǎn)位坐標(biāo)以及高程。這種數(shù)據(jù)采集辦法相對來說操作更加簡單方便，同時也僅僅需要一個人就能進(jìn)行操作。但是在實際的數(shù)據(jù)采集過程中，因為GPS往往需要接收發(fā)射到太空中的衛(wèi)星傳來的無線電信號，同時這些無線電信號的頻率相對較高，同時功率也相對較低、比較不易穿透，可能會被障礙物阻擋。因此如果在樹林區(qū)域，GPS的信號就會受到影響，但是這并不意味著GPS只能在地形相對開闊的地方使用。在一些有一部分障礙的地方，GPS的測量結(jié)果也是非常有效并且精確的。這主要是因為GPS如果想要有一個非常準(zhǔn)確可靠的定位結(jié)果，那么就需要有5顆能夠觀測到的衛(wèi)星，而且另外一個方面因為GPS衛(wèi)星的數(shù)量相對來說比較多，因此在任何的時間，任何地區(qū)都至少會有7顆GPS衛(wèi)星。在那些有障礙物的地區(qū)，只要能夠接收到5顆衛(wèi)星的信號，那么就可能完成GPS測量工作。如果在樹林以及房區(qū)進(jìn)行測量的時候，只要測量地點(diǎn)有足夠的空間能夠讓GPS系統(tǒng)觀測到5顆衛(wèi)星，那么就能讓測量工作順利完成。一般情況下山坡部分地區(qū)有著相對較密的樹木，因此往往會將衛(wèi)星信號進(jìn)行阻擋以及反射，這就會導(dǎo)致在這些地方，接收GPS信號相對比較困難，這樣的話定位精度就不能夠得到保證。因此相關(guān)測量人員在進(jìn)行測量數(shù)據(jù)采集的時候，如果遇到森林地方，或者有著很多樹木的地方，那么就需要等到移動站能夠觀測到測量數(shù)據(jù)需要的衛(wèi)星數(shù)量后，才可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的工作。

2.2.4 內(nèi)業(yè)處理

外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)一般都會通過手薄與電腦進(jìn)行連接，對手薄中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能進(jìn)行使用，使數(shù)據(jù)下載到電腦上，再打開南方cass軟件進(jìn)行展高程點(diǎn)。這些點(diǎn)號在cass軟件中展開之后如圖2所示。

展開高程點(diǎn)以后，再根據(jù)外業(yè)草圖進(jìn)行測區(qū)內(nèi)的房屋、林地、路等地形地貌的測制工作，并最終成圖。

3 GPS RTK測量技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

GPS RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）一般情況下，只有基本的測量條件的話，GPS RTK也能有厘米級的精度，同時測量結(jié)果也非常的可靠，同時誤差也不會累積。

（2）對測量人員數(shù)量的要求并不高，同時也有著很高的效率。通常情況下，只需要有一個人對移動站進(jìn)行操作，那么就可以完成測量工作。同時如果有一個很好的測量條件，那么一般情況下在測量點(diǎn)位一到兩秒就能夠完成測量工作。特別是在那些地形條件相對比較復(fù)雜的地方，GPS RTK技術(shù)相比傳統(tǒng)技術(shù)，測量更加快速，同時也能夠非常準(zhǔn)確的完成測量作業(yè)。

（3）相對簡單的操作以及很高的自動化程度。GPS RTK技術(shù)的測繪工作中，往往儀器完成了很大一部分，比如說衛(wèi)星信號的捕獲、跟蹤以及觀測等。相關(guān)的操作人員往往僅僅只要手簿就能夠完成相關(guān)的測量工作，這樣的話就能夠讓相關(guān)的測量人員能夠有相對較低的工作緊張程度，同時勞動強(qiáng)度也相對較低。

（4）即使測量點(diǎn)的能見度相對較低，通視條件非常差，但是GPS RTK技術(shù)仍然能夠完成相應(yīng)的測量作業(yè)。

GPS RTK技術(shù)的缺點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）對空通視環(huán)境影響較大。在某些地方，比如山區(qū)林區(qū)等，因為環(huán)境的原因，往往這些地方的GPS衛(wèi)星信號強(qiáng)度相對其他地方來說比較弱，因此相對比較容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)的失鎖，這就導(dǎo)致如果重新初始化，那么就比較困難，因此就會影響到正常的測量作業(yè)。

（2）大氣層的干擾影響較大。只有通過大氣層后，衛(wèi)星信號才能夠到達(dá)地面，而GPS RTK技術(shù)需要接收到衛(wèi)星信號之后才能夠正常的進(jìn)行工作，如果因為大氣層的干擾，導(dǎo)致衛(wèi)星信號不能及時到達(dá)地面，那么就會導(dǎo)致系統(tǒng)的初始化時間相對正常情況更長，甚至還有可能不能初始化，這就會導(dǎo)致系統(tǒng)不能夠正常的進(jìn)行測量工作。

（3）數(shù)據(jù)鏈電臺傳輸距離的影響比較大。在實際的測量作業(yè)中，移動站以及基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)鏈接往往會受到山體，樹林以及房屋等等的影響，這就導(dǎo)致測量的數(shù)據(jù)的精度會降低，同時測量作業(yè)的半徑也會減小。

（4）天氣影響比較大。如果天氣是多云或者大風(fēng)等情況，那么在進(jìn)行測量作業(yè)的時候，往往衛(wèi)星的信號強(qiáng)度會受到影響，這就導(dǎo)致測量的數(shù)據(jù)精度相對正常測量條件下來講比較低。

4 結(jié)束語

區(qū)別于傳統(tǒng)的全站儀的測量模式，GPS RTK技術(shù)可以在一個并不是很通視的環(huán)境下，能夠有一個實時的厘米級的一個定位精度。同時GPS RTK技術(shù)對操作人員數(shù)量的要求也并不多，同時作業(yè)的時間也相對較快，同時也有著很高的精度，因此這種技術(shù)能夠讓工作效率得到很大程度的提高。但是，不可否認(rèn)，GPS RTK技術(shù)的作業(yè)方式會受到一部分外界條件的影響，比如說接受的衛(wèi)星數(shù)量以及一些其他的外部的干擾源等等，這種影響情況在林區(qū)以及樓房區(qū)的表現(xiàn)尤為明顯，甚至有時候還會導(dǎo)致正常的作業(yè)無法進(jìn)行。但是傳統(tǒng)的全站儀的測量方法則不會受到這些影響因素的影響。因此在實際的測量工作中，相關(guān)人員要結(jié)合實際的測量情況，靈活的對這兩種測量技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，這樣的話才能讓測量工作更好的完成。

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收稿日期：2018-5-10

作者簡介：閉敏健（1979-），男，助理工程師，本科，主要從事地形測量方面的工作。