校園大比例尺地形圖更新測繪技術(shù)研究

陳榮

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(shí)時提供經(jīng)過檢驗(yàn)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(yuǎn)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。該文基于GPS-RTK和全站儀相結(jié)合的方法，探討了校園大比例尺地形圖更新測繪技術(shù)。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK? 控制測量? 精度

中圖分類號：P217 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（a）-0056-02

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(qiáng)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(shí)時動態(tài)定位：Real Time Kinematic），RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于使用了GPS的載波相位觀測量，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(shí)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，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是以載波相位觀測量為根據(jù)的實(shí)時差分GPS測量，它能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)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(jī)之間建立實(shí)時數(shù)據(jù)通信。開始作業(yè)時，流動站首先依次在兩個或兩個以上已知點(diǎn)上進(jìn)行測量，通過實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，和基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)上，通過與基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)的實(shí)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(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備。其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(shí)例

2.1 測區(qū)范圍概況

測區(qū)位于廈門市思明區(qū)廈門城市職業(yè)學(xué)院校園內(nèi)，屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫和多雨，年平均氣溫在21℃左右，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。年平均降雨量在1200mm左右，每年5～8月份雨量最多，風(fēng)力一般3～4級，常向主導(dǎo)風(fēng)力為東北風(fēng)。校區(qū)的規(guī)劃、智慧校園的開展及土方平衡的計算必須有大比例尺地形圖的數(shù)據(jù)支持。在進(jìn)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(diǎn)成果（高程為三等水準(zhǔn)成果）。

采用的主要儀器設(shè)備主要有UnistrongG970高精度GNSS測量系統(tǒng)、蘇一光RTS332R6全站儀3臺、筆記本電腦3臺等。

2.2 RTK測量的具體步驟

技術(shù)路線如圖1所示。

（1）架設(shè)基準(zhǔn)站。

在進(jìn)行RTK圖根測量中，首先進(jìn)行基準(zhǔn)站假設(shè)，基準(zhǔn)站架設(shè)點(diǎn)必須滿足以下要求。

①基準(zhǔn)站周圍要視野開闊，衛(wèi)星截止高度角應(yīng)超過15°，周圍無信號發(fā)射物（大面積的水域、大型建筑物等），以減少多路徑效應(yīng)干擾，并且要盡量避開交通要道、過往行人的干擾。

②基準(zhǔn)站應(yīng)盡量架設(shè)于測區(qū)內(nèi)相對制高點(diǎn)上，以方便傳播差分改正信號。

③基準(zhǔn)站要遠(yuǎn)離微波塔、通信塔等大型電磁發(fā)射源200m外，要遠(yuǎn)離高壓輸電線、配電線、通信線50m外。

④RTK在作業(yè)期間，基準(zhǔn)站不能移動或者關(guān)機(jī)重新啟動，如果重新啟動必須進(jìn)行重新校正。

⑤基準(zhǔn)站連接必須正確，注意蓄電池的正負(fù)極。

（2）流動站設(shè)置。

1個流動站只需1名測量員通過手簿進(jìn)行測量操作。連接好流動站接收機(jī)、天線、測桿后，先進(jìn)行測量類型、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(jī)內(nèi)精度，機(jī)內(nèi)精度指標(biāo)預(yù)設(shè)為點(diǎn)位中誤差±1.5cm，高程中誤差±2.0cm，PDOP<6。

（3）校正測量。

由于基準(zhǔn)站設(shè)置于未知點(diǎn)上，因此必須對已知點(diǎn)進(jìn)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(diǎn)的數(shù)量視測區(qū)的大小而定，一般取3～6點(diǎn)為宜。在手簿中輸入校正點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，流動站置于校正點(diǎn)上測量出該點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，將所選的校正點(diǎn)逐一測量后，通過手簿上的點(diǎn)校正計算即可求解出轉(zhuǎn)換參數(shù)。點(diǎn)校正測量結(jié)束后，先在已知點(diǎn)上測量，檢查轉(zhuǎn)換參數(shù)無誤時才能進(jìn)行新的測量。

（4）圖根點(diǎn)控制測量。

測量作業(yè)前在測區(qū)一定距離范圍內(nèi)找2個已知點(diǎn)，用三腳架對中整平儀器，觀測得到92廈門坐標(biāo)，并與已知點(diǎn)坐標(biāo)比較，X、Y的分量較差應(yīng)在3cm內(nèi)，垂直分量較差應(yīng)在4cm內(nèi)。當(dāng)作業(yè)結(jié)束時，應(yīng)再對這2個已知點(diǎn)采用上述方法進(jìn)行檢核。測量手簿設(shè)置控制點(diǎn)的單次觀測的平面收斂精度（H）應(yīng)≤±2cm;高程控制點(diǎn)測量設(shè)置高程收斂精度（V）應(yīng)≤±3cm。每測回的時間間隔大于60s。

自動觀測數(shù)20次，采樣間隔1s，取各次測量的中數(shù)作為每測回的成果;各測回的平面坐標(biāo)較差不大于4cm，高程較差不大于4cm。以6個測回的數(shù)據(jù)求平均數(shù)作為最后的成果。

（5）細(xì)部測量。

采用RTK技術(shù)進(jìn)行測圖時，僅需一人背著儀器在要測的細(xì)部點(diǎn)上工作1～2s并同時輸入特征編碼，通過電子手簿記錄，由專業(yè)測圖軟件就可以輸出所要求的地形圖，大大提高了測圖的工作效率。

對測區(qū)內(nèi)衛(wèi)星信號較好的地區(qū)，可利用RTK直接采集細(xì)部點(diǎn);對個別隱蔽信號不好的細(xì)部點(diǎn)，可利用事先布設(shè)的城市三級點(diǎn)，用全站儀進(jìn)行采集。

3? 精度分析

（1）控制點(diǎn)成果應(yīng)進(jìn)行100%的內(nèi)、外業(yè)檢測，平面控制點(diǎn)外業(yè)檢測采用相應(yīng)等級的全站儀測量邊長和角度等方法進(jìn)行，高程控制點(diǎn)高差外業(yè)檢測采用相應(yīng)等級的三角高程方法進(jìn)行。

經(jīng)檢查，邊長相對中誤差分別為1/42637和1/65561，CORS所做控制點(diǎn)精度完全滿足精度要求，結(jié)果如表1所示。

（2）由于細(xì)部點(diǎn)數(shù)量較龐大，不可能對每個點(diǎn)都做檢查，只能抽一定數(shù)量的點(diǎn)進(jìn)行檢查。檢查的方法有兩種：一是用全站儀對細(xì)部點(diǎn)測量，進(jìn)行坐標(biāo)比對;二是采用RTK重新對該點(diǎn)進(jìn)行采集，進(jìn)行坐標(biāo)比對。

經(jīng)檢驗(yàn)，細(xì)部點(diǎn)坐標(biāo)ΔX大較差1.9cm，最小較差0.4cm;ΔY最大較差2.8cm，最小較差0.6cm，完全滿足細(xì)部測量的精度要求。

4? 結(jié)語

（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(shí)時提供經(jīng)過檢驗(yàn)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(yuǎn)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(dá)到圖根點(diǎn)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(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)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，GPSRTK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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