GPS RTK配合全站儀數(shù)字測圖技術(shù)的應(yīng)用

沈鴻冠

[摘要]在經(jīng)濟不斷發(fā)展的當下，以往的平板測圖難以和當代的工程需要相吻合，對于檢測以及繪制作業(yè)的精確度也越來越高，這對相關(guān)的單位機構(gòu)在測圖也提出了更高的要求。本文分析了GPS RTK和全站儀的基本原理，并系統(tǒng)化地闡述了具體的應(yīng)用情況。

[關(guān)鍵詞]GPS RTK技術(shù) 全站儀 數(shù)字測圖

[中圖分類號] P231.5 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-9-234-2

0前言

在測繪技術(shù)日益發(fā)達的背景下，以往的測圖法逐漸地被新型的測試方法、設(shè)備及其技術(shù)所代替。CPS—RTK配合全站儀技術(shù)便是其中的一項重要技術(shù)。借助于CPS—RTK配合全站儀對地形圖測繪，能夠省去構(gòu)建控制圖根的中間步驟，從而省卻許多的人力、物力與財力。

1 GPS RTK和全站儀的基本原理

1.1全站儀概述及其檢測原理

“全站型電子速測儀”簡稱“全站儀”（ETT），一般又名“電子速測儀”、“電子全站儀”。在它的作用下，微處理機、測距與測角等諸個部分首先有機地整合，然后自動化地掌控好測角、高差、測距、智能化演算水平的距離以及坐標的增量等相關(guān)的測試繪制設(shè)備，還能夠智能化地記錄、輸出數(shù)據(jù)、屏顯以及記錄等不同的程序。全站儀由于它完成了有關(guān)望遠鏡視準軸、測距的發(fā)射軸以及接收軸等不同3軸共存一個軸中的體系，從而更適宜測量移動目標與相應(yīng)空間點。其中含納非常豐富的檢測軟件，即能夠便捷地展開相關(guān)的操作。

全站儀展的檢測原理如下：軸心點為測試站，同時根據(jù)測站的現(xiàn)有的方向，然后測試并確定現(xiàn)有的方向與所需檢測點方向內(nèi)部的角度，再檢測出測站點與不同碎部點的間距，進而定位所求點所處圖環(huán)境中的具體方位。

1.2GPS—RTK概述

GPS—RTK指的是一種通過載波進行相位差分的技術(shù)，其前提要求是：同步地處理2個檢測站所測試的載波及其相位信息。基準站則采用數(shù)據(jù)鏈的方式同步地把搜集到的載波相位檢測量與對應(yīng)的坐標數(shù)據(jù)傳遞至流動站。流動站通過接收來自于GPS衛(wèi)星所發(fā)射的載波相位和源自于基準站所發(fā)出的載波相位數(shù)據(jù)，再構(gòu)建起存在著相位差分的觀察數(shù)據(jù)展開同步的處理，并輸進對應(yīng)的坐標改變參數(shù)以及投影參數(shù)，同步地得出流動站三維坐標與精度的數(shù)據(jù)。RTK技術(shù)通過GPS檢測技術(shù)時獲得了一定的突破，主要的優(yōu)點有：誤差非積累化、作業(yè)效率高、定點時速迅捷等。

2 GPS-RTK配合全站儀聯(lián)合作業(yè)在數(shù)字測圖中的應(yīng)用

2.1測區(qū)概況

蓬江區(qū)地處廣東省中南部，珠江三角洲西南部，西江下游西岸，是江門市的中心城區(qū)，毗鄰港澳，北連佛山、東接中山，是江門市與珠三角核心區(qū)聯(lián)系的重要門戶。本次的數(shù)字測圖任務(wù)是蓬江區(qū)棠下鎮(zhèn)三堡村，處于該區(qū)的西南面，該測區(qū)南北長約3.3KM，東西約3.5KM，面積約為1.5平方千米。該測區(qū)地勢平坦，有鄉(xiāng)村公路，交通較為便利。

測區(qū)范圍內(nèi)有一級導(dǎo)線點5個，坐標系統(tǒng)為江門獨立坐標系，高程系統(tǒng)為1985國家高程基準，且分布均勻，可作這圖根控制點的起算數(shù)據(jù)。

2.2作業(yè)技術(shù)標準

①工程測量規(guī)范（GB 50026-2007）；

②全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范（GB/T18314—2009）；

③國家三、四等水準測量規(guī)范 （GB 12898-1991）；

④測繪質(zhì)量監(jiān)督管理辦法（AUG-97）；

⑤1：500 1：1000 1：2000地形圖圖式（GB/T 20257.1-2007）；

⑥數(shù)字測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定和質(zhì)量評定（GB/T 18316-2008）；

⑦數(shù)字測繪產(chǎn)品質(zhì)量要求（GB/T 17941.1-2000）；

⑧全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范（GH/T2009-2010）；

⑨城市測量規(guī)范（CJJT 8-2011）。

2.3儀器設(shè)備及成圖規(guī)格

本次測圖中的儀器有GPS-RTK南方測繪的S86-2013RTK型接收機3臺（1+2），水平精度1cm+1ppm ，高程精度2 cm+1ppm，全站儀 TOPCON GPT-3002LNC和 KTS-442R6LC各一臺，測角2″，測距3 mm+2ppm，這次測圖的目的用于該區(qū)的國土和規(guī)劃業(yè)務(wù)的服務(wù)，成圖比例尺為1：500，等高距為1m，平面坐標系統(tǒng)采用江門市獨立坐標系，高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準。

2.4作業(yè)過程

2.4.1基準站架設(shè)

根據(jù)測區(qū)的實地情況，我們把基準站架設(shè)在三堡村委會的樓頂（三層）上，該樓頂比較開闊，天遮檔，無干擾。其基準站為任意架設(shè)，開機，設(shè)置儀器為基準站，電臺為內(nèi)置電臺，通道為2，空中速率為9600，電臺功率為高。等基準站正常啟動，發(fā)射信號正常則為基站設(shè)置完成。

2.4.2流動站設(shè)置及求轉(zhuǎn)換參數(shù)

連接好移動站接收機、天線、對中桿，開機，設(shè)置儀器為移動站，通道為2，空中速率為9600，啟動手簿。藍牙連接好移動站，該手簿的端口與該移動站的端口一致。確定接收到基準的發(fā)射的信號且GPS-RTK固定，然后新建工程，設(shè)置開線高，在測區(qū)的內(nèi)均勻測量三個已知的一級導(dǎo)線（分別為T1、T2、T3，且三個點組的區(qū)域能很好覆蓋整個測區(qū)）點的坐標（這些坐標為WGS-84坐標），然后在手簿“求轉(zhuǎn)換參數(shù)”那選擇增加點T1、T2、T3，且分別輸入T1、T2、T3的已知坐標值。 解算后得到 T1、T2、T3對應(yīng)的水平精度和高程精度分別為（0.002m，-0.011m；0.001m，0.009m；0.002m，-0.021m），解算的水平精度和高程精度都滿足精度要求，接著單擊“保存”并輸入文件名“3.cot”來保存這次解算的參數(shù)文件，并將求出的坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)賦值給當前的工程。接著找另兩個已知點T4、T5來檢查，經(jīng)過檢測得到T4和T5的已知坐標與測量的坐標的差值分別為△X=-0.004m△Y=0.006m△Z=-0.011m及△X=-0.003m△Y=0.004m△Z=-0.009m，因此，該參數(shù)精度滿足本次測圖的精度要求。

2.4.3GPS-RTK 與全站儀圖根控制及碎部點數(shù)據(jù)采集

根據(jù)測區(qū)的實地情況從及考慮到作業(yè)的效率問題，一臺GPS-RTK先三堡村進村路口為全站儀測設(shè)三個圖根點，別一臺GPS-RTK則從村的另一邊為另一臺全站儀也測設(shè)三個圖根點，兩臺GPS-RTK和兩臺全站儀同時進行全數(shù)字野外數(shù)據(jù)采集，在用站儀進行野外數(shù)據(jù)采集的同時，GPS-RTK又可繼續(xù)為全站儀布設(shè)圖根點，但測設(shè)圖根點時一定要做好點之記，因為這樣全站儀組能更好的找到這些圖根點。在村庒房屋比較密集的地方和信號遮擋的地區(qū)，使用全站儀進行野外數(shù)據(jù)采集；在測區(qū)上空較為開闊的田野、塘、溝、河流及公路等地區(qū)則用GPR-RTK進行野外數(shù)據(jù)采集。

2.4.4 碎部點數(shù)據(jù)處理

野外采集的數(shù)據(jù)都是在南方CASS7.0平臺上處理的，因此，GPS-RTK和全站儀的坐標數(shù)據(jù)都要與南方CASS7.0人展點數(shù)據(jù)格式一至，需要對輸出數(shù)據(jù)格式進行整理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為*dat 格式，具體格式為“點號，編碼，東坐標，北坐標，高程”。如：

1，f，14329.093，54744.411，20.330；

2，f ，14650.295，52958.834，22.140；

3，w，13466.445，54165.886，21.580；

4，w ，15104.986，53855.837，19.550；

5，f，15909.553，54231.689，13.580。

2.2.5構(gòu)建圖形文件

圖形文件的構(gòu)建環(huán)境為CASS7.0平臺，其比例尺寸是1：500。把處理好的碎部點數(shù)據(jù)通過*.dat的格式輸進計算機內(nèi)，基于外業(yè)所測繪的草圖經(jīng)由軟件進行編輯，然后將其連線成圖。為了規(guī)避接邊的誤差現(xiàn)象，須把全部測區(qū)的圖形編輯整合起來，基于所需加以分幅。

2.2.6實地勘測與精度研究

全部測區(qū)內(nèi)的地圖在編輯完成之后，通過 HP Designjet T920繪圖儀匯出樣圖，然后到實地展開比對檢測：（1）勘察地形與地物：補測未檢測的地形與地物，把坐標數(shù)據(jù)儲存成存單個新文件，并對其進行補測相關(guān)的草圖，在進行內(nèi)業(yè)處理時須將補測后的坐標數(shù)據(jù)放在原地形圖中，對地形圖加以修補。（2）勘察點位的精度：借助于GPS—RTK或是全站儀檢測準備檢測點的三維坐標數(shù)據(jù)，再通過電腦內(nèi)部獲取檢測點的坐標數(shù)據(jù)，再加以比對，將實查數(shù)據(jù)95%的點誤差限制范圍設(shè)置在 5cm之內(nèi)，最大值不可以大于 10cm。把所有的檢測點的較差演算之后的中誤差確定在±3.25cm內(nèi)，使其精度與要求相匹配。

依照CJJ8—2011的《城市測量規(guī)范》所設(shè)置的相關(guān)要求可知，圖根點就最近的控制點的平面方位的中誤差應(yīng)該大于圖上的±0.1mm，將其換算為實地的點位誤差數(shù)據(jù)即是 5cm，根據(jù)此次的圖根點掌控測試對象的最弱點的點位中誤差數(shù)值范圍在 4.7cm，和精度的相關(guān)要求相吻合。碎部點就相鄰的圖根點平面方位的中誤差不能夠大于圖上的 0.6mm，通過實地的檢測之后，與精度所制定的要求相匹配。

3結(jié)語

通過本次的實驗分析可知，使用GPS-RTK聯(lián)合全站儀測圖的測試法和以往的檢測法相較而言，更具有內(nèi)在的優(yōu)越性，圖根點的點位誤差不存在著積累與傳播的現(xiàn)象，從而削減了人工的干預(yù)影響，加強了自動化的程度，在一定程度上規(guī)避人為誤差的現(xiàn)象，從而強化了精度的測試。