GPS(RTK)在大比例尺地形圖中的應(yīng)用研究

周 坤

全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)是美國陸海空三軍聯(lián)合研制的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，具有全球性、全天候、連續(xù)性、實時性導航定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間，常規(guī)的GPS測量方法，比如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要后處理才能得到CM級的精度，而 RTK(Real-Time Kinematic)即載波相位動態(tài)實時差分系統(tǒng)可以在野外實時獲得CM級的精度要求，RTK技術(shù)代表著GPS相對測地定位應(yīng)用的主流。

1 大比例尺地形圖測量的發(fā)展和特點

科技的發(fā)展帶來了測繪技術(shù)性能的顯著改善，隨著全站儀、RTK測繪性能的日趨完善和便攜式計算機的全面普及，測制大比例尺地形圖的方法也由原來的光學定位展點白紙制圖到后面的全站儀定位輸出計算機CAD制圖，再到現(xiàn)在的RTK載波相位動態(tài)實時差分系統(tǒng)在野外實行全天候、高精度的野外測量，自動化成圖一步到位，大大減少了外業(yè)操作，更加減輕了勞動強度以及提高了效率。RTK作業(yè)范圍更廣，半徑可以達到5 km。大比例尺測圖過程基本一致:數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)處理→數(shù)據(jù)成圖輸出。

2 RTK技術(shù)簡介

實時動態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS(RTDGPS)技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破。實時動態(tài)定位(RTK)系統(tǒng)由參考站和流動站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)測量的保證，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，利用流動站在另外的兩個以上的已知點上進行坐標轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)匹配，參考站設(shè)備作為對所有可見的衛(wèi)星進行連續(xù)觀測，并將其感測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備，實時的發(fā)送給用戶觀測站，在用戶觀測站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設(shè)備，接收參考站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時計算并顯示用戶站的三維坐標以及精度。

3 RTK作業(yè)流程和模式以及優(yōu)點

具體工作模式參考站接收機利用電臺將其觀測值以及坐標信息，發(fā)送給流動站接收機。流動站接收機通過接收參考站發(fā)送的數(shù)據(jù)鏈，同時采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)(手簿)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，并且得到其三維坐標，也可以轉(zhuǎn)換為用戶自己的匹配坐標。具體的作業(yè)流程是在一個已知點上設(shè)置一臺GPS接收機，作為其參考站，將一些必備的數(shù)據(jù)例如坐標、高程、坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)等輸入手簿中，一臺至多臺接收機(流動站)在待測點上設(shè)置，也可以將參考站放置在測區(qū)的任何地方。實時得到流動站的坐標以及高程還有精度。利用流動站測得的坐標和已知點當?shù)刈鴺诉M行轉(zhuǎn)換和匹配，就可以得到本地坐標。參考站為保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測和衛(wèi)星信號的質(zhì)量，要求參考站上空應(yīng)盡可能地開闊，盡量可以跟蹤視野內(nèi)的全部衛(wèi)星;5°～15°高度角以上不能有成片的障礙物，為減少各種電磁波對GFS衛(wèi)星信號的干擾，在參考站周圍約20 m的范圍內(nèi)不能有強電磁波干擾源，如大功率無線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線。為避免或減少多路徑效應(yīng)的發(fā)生，參考站應(yīng)遠離對電磁波信號反射強烈的地形、地物，如高層建筑、成片水域等。RTK優(yōu)點如下:1)實時動態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗的厘米級精度的測量成果(高程)。2)徹底擺脫了由于粗差造成的返工，提高了GPS作業(yè)效率。作業(yè)效率高，每個放樣點只需要停留1 s～2 s，若用其進行地形測量，小組每天可以完成0.8 km～1.5 km的地形圖測繪，其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的。3)全地形、全天候的測量，對一些建筑以及遮擋物比較多，或者通視條件非常差的測區(qū)更得心應(yīng)手。非常利于地形復(fù)雜的測區(qū)，效率非常高。

4 RTK用于大比例尺測圖的實踐

2009年8月我院利用RTK實時載波定位技術(shù)完成了在西安—成都高速鐵路漢中段2幅1∶500地形圖補測的測量任務(wù)。作業(yè)前進行相應(yīng)的坐標轉(zhuǎn)換以及匹配，利用大地坐標的參數(shù)輸入，求得WGS-84與國家新要求的2000坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。求得轉(zhuǎn)換參數(shù)后，匹配成功后就可以進行實地測量，流動站經(jīng)過短暫的初始化后得到精確的三維坐標將其保存在手簿中，測量可以按照流水號記錄測量的地物、地貌，也可以將其進行自由編號。遇到高大建筑或者陡峭山壁以及樹林遮擋比較嚴重的地方，可以采取與全站儀相結(jié)合的方法進行測量，后處理中，利用CASS成圖軟件，進行圖形的編輯與修正，注記高程點，生成等高線，形成地形圖。最后對等高線進行編輯以及對圖形進行整體的修正。

5 精度分析與評定

下面的數(shù)據(jù)是我們實測的數(shù)據(jù)以及后面自檢所需要的必要檢核，總體來說平面坐標的精度要高一些，高程稍微差一些，這里也存在一些人為的因素，比如流動站2 m的桿在不同的地面都會有不同的損耗及粗差。采用GPS(RTK)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)與全站儀所得數(shù)據(jù)相比較，結(jié)果見表1，RTK高程與水準高程比較結(jié)果見表2。

表1 平面比較

表2 高程比較

m=±14 mm。從這里我們看的出來單位全中誤差是 m=±14 mm，這個數(shù)值是滿足測圖中圖根水準要求規(guī)范精度的。

6 結(jié)語

RTK不僅能夠滿足1∶500控制測量的點位和精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差累計，完全可以滿足大比例尺測圖的需要。RTK技術(shù)應(yīng)用于地形圖測量中，可以更好地提高勞動效率和減輕勞動強度，沒有必要像傳統(tǒng)的測量方法一樣需要布設(shè)足夠的圖根控制點，因不受氣候影響，更不受通視條件的影響，可縮短成圖的周期。為了增加作業(yè)面，一般情況是把參考站架設(shè)在比較高的地方。

[1] 陳建兵，王 俊.淺談GPS RTK在地形測量中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，34(14):359-360.