GPS—RTK技術(shù)在寧波市數(shù)字測圖中的應(yīng)用

摘 要：數(shù)字測圖的任務(wù)是對數(shù)據(jù)和信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和自動(dòng)化采集，與傳統(tǒng)的測圖相比較可以縮短信息采集的時(shí)間，減輕工作的強(qiáng)度，大幅度提升成果的精度。隨著GPS系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，其精度已可滿足常規(guī)測量的要求，尤其對于地勢比較平坦的地段，可直接采用RTK進(jìn)行全數(shù)字野外數(shù)據(jù)采集。文中結(jié)合寧波市實(shí)際介紹了GPS聯(lián)合RTK在數(shù)字測圖的作業(yè)流程，闡述了在地形測量中的應(yīng)用及其誤差控制方法。在利用GPS-RTK實(shí)測數(shù)據(jù)成圖中，給出了精度、成圖質(zhì)量等問題的理論依據(jù)和解決方案，以得到有益的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用需要。

關(guān)鍵詞：RTK；全站儀；數(shù)字測圖；GPS；精度

引 言

RTK（Real Time Kinematic，）是一種利用GPS載波相位觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的技術(shù)，我們都知道GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用對于測繪行業(yè)來說是一場技術(shù)革命的飛躍。近年來，由于GPS系統(tǒng)進(jìn)一步穩(wěn)定和完善，以及GPS系統(tǒng)由最初只在軍事領(lǐng)域運(yùn)用，開始轉(zhuǎn)為民用和商業(yè)與科研方面應(yīng)用。這就使得它的精度得到了極大的提高，再加上計(jì)算機(jī)技術(shù)和其他相應(yīng)學(xué)科的發(fā)展，使GPS達(dá)到了空前的水平。RTK在控制測量和施工放樣以及數(shù)字測圖中有著廣泛的運(yùn)用，相比傳統(tǒng)的測量儀器的測量，它有著省時(shí)省力且精度高等特點(diǎn)，再加上它是實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星信號來定位的，結(jié)果沒有累積誤差，這就避免了誤差的累積，從而可以大大的減少測量中的誤差。在測量的過程中，基準(zhǔn)站的選擇是非常重要的，基準(zhǔn)站要盡可能的選擇在測區(qū)的中心地帶，并且周圍要比較的開闊和空曠，且周圍無磁場的影響，這樣的目的是為了流動(dòng)站可以更好的接收信號。但是畢竟GPS-RTK是一種新型的測量技術(shù)，還沒有寫到現(xiàn)行的測量規(guī)范中來，給該技術(shù)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用帶來一定的影響。

RTK是一種利用GPS載波相位觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對定位的技術(shù)，其測量定位原理是通過基準(zhǔn)站上的接收機(jī)利用數(shù)據(jù)通信鏈實(shí)時(shí)的把測量的信息傳遞給附近工作的流動(dòng)用戶，而流動(dòng)用戶就可以利用基準(zhǔn)站及流動(dòng)站采集的載波相位觀測值在RTK數(shù)據(jù)處理軟件的幫助下進(jìn)行實(shí)時(shí)相對定位。RTK系統(tǒng)包括三個(gè)部分，即GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)通信鏈和RTK處理軟件。RTK的數(shù)據(jù)處理軟件具有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、快速確定整周模糊度和對結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量分析和精度評定的功能，RTK數(shù)據(jù)軟件的質(zhì)量和功能直接關(guān)系到RTK成果的質(zhì)量和精度。

1 GPS-RTK測圖誤差分析

1.1 信號傳播有關(guān)誤差

（1）電離層的延遲。電離層上的中性氣體分子和原子在太陽紫外線以及其它高能粒子的作用下將產(chǎn)生電離，形成自由電子和正離子，從而形成一個(gè)電離區(qū)域，帶電粒子的存在使無線電信號的傳播速度和傳播路徑發(fā)生改變，從而產(chǎn)生所謂的電離層延遲。

（2）對流層的延遲。當(dāng)GPS信號在對流程傳播時(shí)由于存在折射現(xiàn)象，其傳播路徑將產(chǎn)生彎曲，由于這個(gè)原因使距離的測量值產(chǎn)生系統(tǒng)性的偏差叫對流層延遲。

（3）多路徑效應(yīng)。在RTK測量中，被測站上的反射物所反射的衛(wèi)星信號如果進(jìn)入接收機(jī)天線，就將會和來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值，所謂的多路徑效應(yīng)。

1.2 人為因素引起的誤差

（1）儀器架設(shè)時(shí)產(chǎn)生的誤差。在儀器架設(shè)時(shí)由于沒有完全架設(shè)在要測量的點(diǎn)上，這就是使得我們的測量產(chǎn)生了水平誤差。由于粗心沒有把天線高量測準(zhǔn)確而產(chǎn)生的高程誤差。

（2）儀器周圍環(huán)境誤差。在架設(shè)儀器時(shí)沒有按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)觀察周圍的環(huán)境從而把儀器架設(shè)在有無線電發(fā)射源、雷達(dá)裝置、高壓線等強(qiáng)干擾的強(qiáng)區(qū)域從而產(chǎn)生的誤差。

1.3 氣象與測區(qū)地形因素引起的誤差

快速運(yùn)動(dòng)中的云層，可能導(dǎo)致觀測坐標(biāo)的變化達(dá)到1～2cm。在天氣急劇變化時(shí)不宜進(jìn)行RTK測量。移動(dòng)站在作業(yè)時(shí)由于地形起伏過大或者遮擋物較多影響信號的接收而不能產(chǎn)生固定解所產(chǎn)生的誤差。

2 GPS-RTK實(shí)際測圖工作過程

數(shù)字測圖是一項(xiàng)技術(shù)性非常強(qiáng)的工作，不僅僅是測繪單位內(nèi)部的分工協(xié)調(diào)，還涉及委托方或者主管部門和測區(qū)廣大人民群眾。為了順利完成測區(qū)的數(shù)字測圖任務(wù)，在測量之前就必須做好充分的準(zhǔn)備工作，包括人員安排、儀器工具的選擇、儀器檢驗(yàn)、測區(qū)踏勘、已有成果資料的收集，并根據(jù)工作量的大小、人員情況和儀器情況擬定作業(yè)計(jì)劃，并編寫數(shù)字測圖技術(shù)設(shè)計(jì)書來指導(dǎo)我們的測圖工作，確保測量工作按時(shí)保質(zhì)順利完成。

2.1 收集資料準(zhǔn)備

數(shù)字測圖前需協(xié)商數(shù)字測圖工作的具體時(shí)間和工期、測區(qū)范圍、測圖內(nèi)容、測圖比例尺、測圖要求和深度以及如何收集資料。數(shù)字測圖的前期收集資料是很關(guān)鍵的工作，資料的準(zhǔn)確性和完整性對技術(shù)設(shè)計(jì)方案的制定和其他后續(xù)工作的展開有著直接的關(guān)系。所以廣泛的收集了測區(qū)的有關(guān)資料并對資料的合理性進(jìn)行分析和評估，主要包括以下資料：相關(guān)性政策文件和主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；測區(qū)內(nèi)高分辨率衛(wèi)星遙感影像，可作為本次控制測量設(shè)計(jì)和地形測量范圍界線劃定的工作底圖；測區(qū)內(nèi)及外圍控制實(shí)地點(diǎn)位保存完好，6度帶1980年西安坐標(biāo)系，1985年國家高程基準(zhǔn)正常高系統(tǒng)；工期內(nèi)測區(qū)的主要?dú)庀筚Y料。

2.2 控制測量的方案設(shè)計(jì)

根據(jù)收集到的資料和在現(xiàn)場的勘察情況后，在已有的地形上擬定控制測量的布設(shè)方案，并且進(jìn)行必要的精度估算，看是否能夠滿足測圖的要求。在能夠滿足精度的前提下各方必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算。根據(jù)地形控制網(wǎng)的圖形、點(diǎn)的密度和平差等因素的全面分析，確定最終的方案。設(shè)計(jì)方案一旦確定，一般情況下不容許對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。

2.3 基準(zhǔn)站的架設(shè)

基準(zhǔn)站架設(shè)的好壞，將直接影響移動(dòng)站測量的質(zhì)量和整個(gè)測區(qū)任務(wù)是否能夠按時(shí)完成，并對移動(dòng)站測量質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的影響，因此測量工作者在架設(shè)基準(zhǔn)站是必須保證基站具有以下條件：在15度截止高度角以上的空間部應(yīng)沒有障礙物；基準(zhǔn)站附近不能有大面積的水域，消除和減弱多路徑效應(yīng)；基準(zhǔn)站最好選在地勢相對高的地方以利于信號的接收和電臺的作用距離；基準(zhǔn)站架設(shè)的地面穩(wěn)固，易于點(diǎn)的保存；鄰近不應(yīng)有強(qiáng)電磁輻射源，或者至少應(yīng)保證離其距離不得小于200m，以免對RTK電信號造成干擾。

3 結(jié) 語

在數(shù)字測圖中利用RTK和全站儀相結(jié)合的方法不僅可以提高測圖的速度，縮短測圖的時(shí)間，自動(dòng)化程度高，減少了條件的限制，節(jié)約測圖的最終成本，而且測圖的精度也得到了提升，從而提高了數(shù)字測圖的質(zhì)量。但是由于RTK的測量受衛(wèi)星信號的影響，同時(shí)控制網(wǎng)的布設(shè)也是影響RTK測量精度的重要因素。實(shí)踐證明，RTK在數(shù)字測圖中有著傳統(tǒng)測量無法取代的優(yōu)勢，在數(shù)字測圖中值得大力推廣。同時(shí)，我國也必須加強(qiáng)北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的建設(shè)，提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度，使其在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮重要的作用。

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作者簡介：薛濤（1972-），男，寧夏吳忠人，高級工程師，主要從事技術(shù)管理和GIS軟件開發(fā)工作。