GPS測(cè)量技術(shù)在礦區(qū)地形測(cè)繪中的應(yīng)用

張水來(lái) 楊懷印

摘要：文章簡(jiǎn)要介紹了GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)（RTK）的基本原理，重點(diǎn)分析了在地形測(cè)繪中使用RTK進(jìn)行碎部測(cè)量的方法以及RTK在進(jìn)行數(shù)字化地形測(cè)繪中的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：RTK技術(shù)；數(shù)據(jù)采集；地形測(cè)繪；數(shù)字化測(cè)圖

中圖分類(lèi)號(hào)： P217 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

RTK技術(shù)具有精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡(jiǎn)便、誤差不積累、作業(yè)效率高等特點(diǎn)，其在測(cè)量中的應(yīng)用受到了測(cè)量人員的重視和青睞，已廣泛應(yīng)用于地形測(cè)量、地籍測(cè)量、房地產(chǎn)測(cè)量、工程測(cè)量、地質(zhì)測(cè)量等領(lǐng)域。本文以某鉬礦普查區(qū)地形測(cè)量為例，以南方靈銳-S86GPS測(cè)量系統(tǒng)為儀器樣本，介紹了RTK定位基本原理、RTK測(cè)量方法，分析總結(jié)了RTK在地形測(cè)繪方面的優(yōu)點(diǎn)。

一、GPS技術(shù)概述

（一）、GPS的由來(lái)

GPS又被稱(chēng)之為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，它是由美國(guó)陸、海、空三軍聯(lián)合在上世紀(jì)70年研制開(kāi)發(fā)的一款空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在當(dāng)時(shí)，研制該系統(tǒng)的最終目的是為了給美國(guó)軍方提供全天候、全球性、實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航服務(wù)，并收集各種情報(bào)和作為應(yīng)急通訊之用。隨著GPS的不斷發(fā)展和完善，其現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域當(dāng)中，尤其是在工程測(cè)量領(lǐng)域中獲得了大范圍的推廣使用。

（二）、基本原理

RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)是以載波相位觀測(cè)為根據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分GPS測(cè)量技術(shù)，其原理是：在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)為參考站，對(duì)所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)的發(fā)送給在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上移動(dòng)觀測(cè)的GPS接收機(jī)，移動(dòng)GPS接收機(jī)在接收GPS信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電接收設(shè)備接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，再根據(jù)差分定位原理，實(shí)時(shí)解算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)及精度（即基準(zhǔn)站與流動(dòng)站坐標(biāo)差ΔX、ΔY、ΔH，加上基準(zhǔn)坐標(biāo)得到的每個(gè)點(diǎn)的WGS—84坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)X、Y和海拔高H）。

二、GPS應(yīng)用于地形測(cè)繪中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)分析

（一）、定位精度高

通過(guò)大量的試驗(yàn)和工程實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果表明，采用載波相

位觀測(cè)來(lái)進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位，在小于50km的基準(zhǔn)線上，測(cè)量的相對(duì)精度能夠達(dá)到1×10-6~2×10-6；在100~500km的基準(zhǔn)線上測(cè)量精度也能夠達(dá)到10-6~10-7。尤其是近幾年來(lái)觀測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，使得1000km以上的相對(duì)定位精度能夠達(dá)到或是超過(guò)10-8。此外，GPSRTK的定位精度也能夠達(dá)到厘米和分米級(jí)，可以滿足絕大多數(shù)工程測(cè)量的需求，其測(cè)量精度如表1所示。

表1GPS實(shí)時(shí)定位、測(cè)時(shí)與測(cè)速精度

（二）、測(cè)站之間無(wú)需通視

一些常規(guī)的測(cè)量方法都需要保持良好的通視條件，并且還要保障測(cè)量控制網(wǎng)具有良好的圖形結(jié)構(gòu)。但采用GPS技術(shù)

進(jìn)行測(cè)量卻只需要觀測(cè)站上方15°角的空間開(kāi)闊即可，這是因?yàn)闇y(cè)站與衛(wèi)星之間的信號(hào)收發(fā)是基本垂直的，所以測(cè)站與測(cè)站之間并不需要進(jìn)行通視，這樣一來(lái)便無(wú)需建造覘標(biāo)，有利于減少測(cè)量工作的費(fèi)用。此外，由于GPS不受通視和圖形結(jié)構(gòu)條件限制，使選點(diǎn)工作變得更加靈活，基本能夠按照實(shí)際工作的需要確定合適的點(diǎn)位，從而省去了傳統(tǒng)測(cè)量方法中的過(guò)渡點(diǎn)等測(cè)量工作。但是需要補(bǔ)充說(shuō)明一下，在有些測(cè)量作業(yè)中，GPS常常會(huì)與其它常規(guī)測(cè)量方法聯(lián)合使用，在這一前提下，GPS設(shè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)當(dāng)至少確保一個(gè)方向的通視條件良好。

（三）、觀測(cè)時(shí)間短

通常情況下，采用GPS的靜態(tài)相對(duì)定位觀測(cè)200km以?xún)?nèi)的基線所需要的時(shí)間為單頻接收機(jī)1h左右、雙頻接收機(jī)15~20min左右；若是采用GPSRTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的話，流動(dòng)站初始的觀測(cè)時(shí)間約為1~5min，并且能夠隨時(shí)進(jìn)行定位，每站的觀測(cè)時(shí)間一般只需要幾秒鐘左右。此外，通過(guò)GPS技術(shù)建立控制網(wǎng)還能進(jìn)一步縮短觀測(cè)時(shí)間，從而有效地提高觀測(cè)作業(yè)效果。

（四）、全球全天候作業(yè)

分布在太空中的GPS衛(wèi)星比較多，并且所有衛(wèi)星呈均勻分布，這在一定程度確保了全球地面都能夠被連續(xù)覆蓋，換言之，無(wú)論在地球上的任何地點(diǎn)和任何時(shí)間都能開(kāi)展觀測(cè)工作，這為測(cè)量作業(yè)提供了方便。同時(shí)，GPS在進(jìn)行地形測(cè)量時(shí)主要是借助外太空的衛(wèi)星來(lái)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，這樣便可以確保24h不間斷地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一般除了雷雨天氣不易采用GPS進(jìn)行觀測(cè)之外，在其余天氣里GPS都可以進(jìn)行測(cè)量，而常規(guī)測(cè)量技術(shù)卻經(jīng)常會(huì)受到室外天氣狀況的影響。

三、作業(yè)過(guò)程

（一）、作業(yè)流程

在運(yùn)用RTK技術(shù)進(jìn)行地形測(cè)繪時(shí)，可以省去圖根控制測(cè)量這一環(huán)節(jié)，其作業(yè)流程可劃分為以下五個(gè)階段：第一階段收集資料；第二階段首級(jí)控制測(cè)量；第三階段外業(yè)數(shù)據(jù)采集；第四階段內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理；第五階段成果整理輸出。

（二）、碎部測(cè)量

1、野外數(shù)據(jù)采集

測(cè)區(qū)地形圖測(cè)量采用國(guó)產(chǎn)南方靈銳S86雙頻GPS接收機(jī)及配套測(cè)圖軟件-工程之星。啟動(dòng)GPS儀器設(shè)置為移動(dòng)站模式，連接POSIN手簿，運(yùn)行工程之星測(cè)圖軟件，加入E級(jí)GPS控制網(wǎng)中求得的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)（七參數(shù)結(jié)果），并利用E級(jí)GPS控制點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)校正和數(shù)據(jù)檢測(cè)。運(yùn)用GPS—RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位法在固定解狀態(tài)下采集（其RTK平面精度：10mm＋1PPm，RTK高程精度：20mm＋1PPm）測(cè)區(qū)內(nèi)地形、地貌的三維數(shù)據(jù)。測(cè)量過(guò)程中對(duì)河流、堤壩、電力線、植被及溝谷地性線分類(lèi)測(cè)量，測(cè)量人員以測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位進(jìn)行連線，按點(diǎn)號(hào)順序勾繪出草圖。

采用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)圖時(shí)，僅需一人操作儀器，在要測(cè)的碎部點(diǎn)上呆1-2秒鐘并同時(shí)輸入特征編碼，記錄于POSIN手簿，回到室內(nèi)由CASS7.0成圖軟件輸出所要求的地形圖。

2、數(shù)據(jù)輸出

RTK-POSIN手簿可以直接把野外采集的碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出為“．dat”格式文件，可把該數(shù)據(jù)文件保存于當(dāng)天工作數(shù)據(jù)目錄下。

如配合使用全站儀，也可將全站儀通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線將野外采集的坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，對(duì)于傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)，其擴(kuò)展名為“．dat”，格式如下：

1點(diǎn)點(diǎn)名（或點(diǎn)號(hào)），1點(diǎn)編碼，1點(diǎn)Y（東）坐標(biāo)，1點(diǎn)X（北）坐標(biāo)，1點(diǎn)高程（H）

??

N點(diǎn)點(diǎn)名（或點(diǎn)號(hào)），N點(diǎn)編碼，N點(diǎn)Y（東）坐標(biāo)，N點(diǎn)X（北）坐標(biāo)，N點(diǎn)高程（H）

坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件內(nèi)每一行代表一個(gè)點(diǎn)；每個(gè)點(diǎn)Y，X，H的單位均為“m”；編碼為測(cè)圖代碼，可以為空，其后的逗號(hào)不能省略；所有的逗號(hào)不能在全角方式下輸入。

對(duì)數(shù)據(jù)里不要高程的碎部點(diǎn)，把高程數(shù)據(jù)值刪除。

（三）、地形圖編輯

室內(nèi)將POSIN手簿、全站儀內(nèi)存中的數(shù)據(jù)文件傳輸入微機(jī)中，在CASS7.0成圖軟件中對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)加以處理后配合外業(yè)勾繪出的草圖，進(jìn)行展點(diǎn)連線、類(lèi)別區(qū)分、屬性賦于、性質(zhì)注記等編輯。測(cè)區(qū)地形根據(jù)數(shù)據(jù)文件建立DTM模型、圖面DTM完善、繪制等高線，根據(jù)測(cè)區(qū)地形復(fù)雜情況及類(lèi)別等高距采用2米。等高線修剪、注記，圖面修飾等編輯成圖，成圖比例尺為1:2000。采用50cm×50cm正方形分幅。用HP5000彩色噴墨繪圖儀噴繪成圖。

（四）、成果整理及輸出

成果資料包括作業(yè)過(guò)程中直接形成的文字、圖、表等，將全部成果資料進(jìn)行匯總、整理并裝訂成冊(cè)，做到所有成果資料齊全、完整，字跡清楚，紙張良好，最后進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

（五）、質(zhì)量評(píng)述

1/2000地形圖測(cè)量過(guò)程中對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)鄰近控制點(diǎn)檢測(cè)誤差小于5cm，不同基準(zhǔn)站對(duì)地物特征點(diǎn)重復(fù)檢測(cè)小于10cm。地形圖測(cè)量滿足《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》中規(guī)定的地物點(diǎn)對(duì)附近圖根點(diǎn)的平面位置中誤差在平地、丘陵地不大于圖上0.6mm；等高線平面位移不大于圖上0.6mm。地形圖符號(hào)及注記滿足《1∶5001∶10001∶2000地形圖圖式》要求。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，GPS—RTK在地形測(cè)繪中，不僅能減少作業(yè)人員，減少工序，而且可以提高數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和速度，大大提高了作業(yè)效率，節(jié)約了成本，起到了事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)

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