地形圖測(cè)量中RTK定位技術(shù)的運(yùn)用

鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 韓遂寧

河南測(cè)聯(lián)科技有限公司 張 軍

地形圖測(cè)量中RTK定位技術(shù)的運(yùn)用

鄭州市市政工程勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 韓遂寧

河南測(cè)聯(lián)科技有限公司 張 軍

本文闡述了關(guān)于RTK定位技術(shù)的相關(guān)原理，說明在地形圖測(cè)量中，利用RTK定位技術(shù)可實(shí)時(shí)得到準(zhǔn)確的坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級(jí)精度，在外業(yè)測(cè)量中大大縮短了時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了費(fèi)用。

地形圖測(cè)量 RTK測(cè)圖 RTK原理 基準(zhǔn)站 流動(dòng)站

一、RTK原理

RTK定位技術(shù)即實(shí)時(shí)載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)點(diǎn)載波相位觀測(cè)量得差分方法。它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。載波相位差分方法有兩類：第一類是修正法，即將基準(zhǔn)站的載波相位修正值直接發(fā)給流動(dòng)站，改變流動(dòng)站接受到的載波相位，然后求解流動(dòng)站的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，該方法初始化速度慢，定位精度稍差，稱為準(zhǔn)RTK技術(shù)。第二類是差分法，即求解起始相位整周模糊度，又稱RTK初始化，然后再進(jìn)行實(shí)時(shí)差分，是真正的RTK技術(shù)。差分法要求基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)實(shí)時(shí)的把觀測(cè)數(shù)據(jù)及一直數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站GPS接收機(jī)，流動(dòng)站快速求解整周模糊度，在觀測(cè)到4顆或以上衛(wèi)星后，可實(shí)時(shí)求解除厘米級(jí)的流動(dòng)站位置。

二、RTK測(cè)圖

本文以在鄭州市北環(huán)與中州大道1∶500地形圖實(shí)踐為例，結(jié)合實(shí)際情況介紹了RTK技術(shù)在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用。

1. 測(cè)區(qū)概況。該測(cè)量工程位于107國(guó)道(中州景觀大道)——北三環(huán)路與鄭東新區(qū)交界處，東西長(zhǎng)2.3公里，南北長(zhǎng)1.7公里，沿立交橋規(guī)劃紅線外100米為測(cè)量范圍，面積為1.47平方公里。

該區(qū)域?qū)贃|西、南北交通交匯處，車輛多、噪音大、車速高，給測(cè)量工作帶來了較大困難。整個(gè)測(cè)區(qū)地勢(shì)平坦，屬黃河沖積平原，自然坡度在1—2%，地面標(biāo)高在84—99米之間，現(xiàn)狀107國(guó)道、北三環(huán)路兩側(cè)為城市綠化地；區(qū)域東部有軍事管理區(qū)，進(jìn)入困難；區(qū)域東部森林公園內(nèi)樹木密集、枝繁葉茂、覆蓋率占90%以上；農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)大貨車亂停亂放，通視條件極差；小型倉庫、工廠、維修場(chǎng)所建筑物極不規(guī)矩、隨意搭建；地下管線交錯(cuò)復(fù)雜、調(diào)查難度大。綜上所述地形困難程度定為II類。

2. 已知測(cè)繪資料。該區(qū)域已收集到甲方提供的L1—2、L2—2、L3—2控制點(diǎn)，這些點(diǎn)均系1954年北京坐標(biāo)系，3度帶測(cè)量成果，帶號(hào)為38度帶。點(diǎn)位保存良好，可作為本測(cè)區(qū)平面控制測(cè)量起算數(shù)據(jù)使用。

3. 作業(yè)依據(jù)。結(jié)合本工程的實(shí)際要求和特點(diǎn)，以《全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量規(guī)范》、《國(guó)家三，四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》、《城市測(cè)量規(guī)范》、《市政工程堪測(cè)規(guī)范》、《1∶5001∶1001∶200地形圖圖式》、《測(cè)繪產(chǎn)品檢查驗(yàn)收規(guī)定》等規(guī)范的要求和項(xiàng)目合同書中的有關(guān)特殊要求，作為工程項(xiàng)目具體實(shí)時(shí)的依據(jù)。

4. 儀器設(shè)備及人員安排。拓普康Hiper-GD型GPS接收機(jī)3臺(tái)，測(cè)圖軟件CASS7.0兩套。組織兩組，每組2人，1人操作儀器，1人繪草圖。

5. 外業(yè)數(shù)據(jù)采集。利用已知資料進(jìn)行了測(cè)區(qū)內(nèi)的平面及高程控制網(wǎng)的布設(shè)、觀測(cè)和平差解算工作。在以上控制成果的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)部分區(qū)域利用RTK進(jìn)行地形圖測(cè)繪。

（1）基準(zhǔn)站的架設(shè)。基準(zhǔn)站的正確安置是順利實(shí)施RTK的關(guān)鍵之一，在架設(shè)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）視野開闊，周圍無高度角超過10°的障礙物；2）須遠(yuǎn)離大功率天線發(fā)射源，并遠(yuǎn)離高壓輸電線路；3）附近不得有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)的物體；4）周圍無GPS信號(hào)反射物，以減少多路徑誤差；5）能方便的發(fā)播或傳送差分改正信號(hào)；6）便于安置接收機(jī)和人員操作；同時(shí)，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的間距應(yīng)考慮GPS發(fā)射電臺(tái)的功率和覆蓋能力，應(yīng)盡量架設(shè)在相對(duì)較高的位置，以獲得最大的數(shù)據(jù)通訊半徑。

（2）基準(zhǔn)站設(shè)置。在已知點(diǎn)上架設(shè)好GPS接收機(jī)和天線，輸入基準(zhǔn)站的WGS-84坐標(biāo)和BJ54坐標(biāo)、天線高，待基準(zhǔn)站電臺(tái)指示燈顯示發(fā)出通訊信號(hào)后，流動(dòng)站即可開展工作。基準(zhǔn)站接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號(hào)后，由衛(wèi)星星歷和測(cè)站已知坐標(biāo)計(jì)算出測(cè)站至衛(wèi)星的距離ρ真距，用觀測(cè)量ρ偽距與計(jì)算值比較，得到偽距差分改正數(shù)△ρ=ρ真距-ρ偽距.偽距差分改正數(shù)和載波相位測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸發(fā)射電臺(tái)發(fā)送給流動(dòng)站，一個(gè)基準(zhǔn)站提供的差分改正數(shù)可供接收到基準(zhǔn)站信號(hào)的數(shù)個(gè)流動(dòng)站使用。

（3）流動(dòng)站工作。通過手簿建在輸入其他至少兩個(gè)已知控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和BJ54坐標(biāo)，并求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，用其中一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校正。流動(dòng)站接到GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，也接收到由數(shù)據(jù)通訊電臺(tái)發(fā)送來的偽距差分改正數(shù)和載波相位測(cè)量數(shù)據(jù)，這個(gè)過程所需時(shí)間不到1min，只要接收到四顆及以上衛(wèi)星和基準(zhǔn)站的信息，測(cè)量人員即可在短時(shí)間內(nèi)獲知所測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

6. 碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。采用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)圖時(shí)，選擇“測(cè)量/點(diǎn)測(cè)量”，進(jìn)入點(diǎn)測(cè)量功能。進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量，并顯示測(cè)量過程。架設(shè)好基準(zhǔn)站后，在點(diǎn)位精度合乎要求的情況下，僅需一人攜帶流動(dòng)站在待測(cè)的碎部點(diǎn)上呆一兩秒鐘，并同時(shí)輸入特征編碼，通過電子手簿或便攜式電腦記錄，在地形較復(fù)雜的情況下，最好是現(xiàn)場(chǎng)畫出草圖，以便內(nèi)業(yè)時(shí)編圖。

7. 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。當(dāng)天外業(yè)采集數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)處理并編輯成圖，以免遺忘影響成圖的準(zhǔn)確性或返工重測(cè)。

（1）RTK數(shù)據(jù)下載：①利用Topcon的FC-1000手簿將外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出到手簿的硬盤上。利用MicrosoftActivesync軟件將手簿與計(jì)算機(jī)連接，將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)復(fù)制到計(jì)算機(jī)上，得到*.txt數(shù)據(jù)文件。②利用MicrosoftOfficeWord2003將*.txt數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為CASS7.0的默認(rèn)格式的*.dat數(shù)據(jù)文件。③在CASS7.0將*.dat數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，進(jìn)行成圖編輯。

（2）繪制地形圖：打開CASS7.0，新建文件并輸入圖形比例尺1∶500，啟動(dòng)展點(diǎn)命令，將*.dat數(shù)據(jù)文件輸入，然后根據(jù)外業(yè)所繪草圖，人機(jī)交互編輯，利用CASS7.0提供的圖式符號(hào)庫進(jìn)行相應(yīng)外業(yè)點(diǎn)的繪制和連線。對(duì)于一些與地形圖規(guī)范要求有差別的地方需要作編輯處理。

8. 精度分析。根據(jù)測(cè)圖規(guī)范要求，圖根點(diǎn)對(duì)于最近控制點(diǎn)的平面位置中誤差不得超過圖上±0.1mm，換算成實(shí)地點(diǎn)位中誤差為5cm。RTK測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±1.5cm~±2cm,完全滿足精度要求。

三、結(jié)論

1. 避免粗差：徹底擺脫了由于粗差或傳統(tǒng)作業(yè)方式中人為誤差造成的重返工，提高了GPS作業(yè)效率。大大縮短了工期。

2. 作業(yè)效率高：進(jìn)行地形測(cè)量，每小組每天可以完成0.8～1.5km3的地形圖測(cè)繪，其精度和效率是常規(guī)測(cè)量所無法比擬的。

3. 測(cè)量精度高：實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)，可獲得厘米級(jí)精度的測(cè)量成果。

4、點(diǎn)位精度分布較均勻：每個(gè)點(diǎn)的誤差均為隨機(jī)產(chǎn)生，不會(huì)像傳統(tǒng)測(cè)量產(chǎn)生誤差積累，成果可靠。