GPS RTK技術(shù)在數(shù)字測(cè)圖中的應(yīng)用

賈安峰

【摘 要】本文主要介紹了利用GPS 動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)在大比例尺數(shù)字化測(cè)圖中的應(yīng)用。通過(guò)實(shí)際作業(yè)過(guò)程，證明利用該技術(shù)能完成大比例尺數(shù)字化測(cè)圖工程，滿足測(cè)量規(guī)范要求，而且較傳統(tǒng)斷面測(cè)量方法減少了野外作業(yè)時(shí)間，節(jié)省了人力，可提高工作效率。

【關(guān)鍵詞】GPS RTK；數(shù)字化測(cè)圖；轉(zhuǎn)換參數(shù)

0 引言

隨著GPS（Global Positioning System，GPS）定位技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，特別是RTK（Real Time Kinematic）實(shí)時(shí)定位技術(shù)的發(fā)展，因其操作快捷、直觀、定位精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、點(diǎn)位誤差不累積等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于控制測(cè)量、施工放樣、變形監(jiān)測(cè)、地形（地籍）測(cè)圖等諸多領(lǐng)域中。本文就動(dòng)態(tài)RTK定位技術(shù)直接用于大比例尺數(shù)字化測(cè)圖的碎部測(cè)量應(yīng)用做一簡(jiǎn)單的介紹。利用動(dòng)態(tài)RTK定位技術(shù)測(cè)定每一碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)的優(yōu)越性，可省卻圖根加密甚至圖根控制直接進(jìn)行碎部測(cè)量。其作業(yè)不受天氣、地形、通視條件的限制，常規(guī)儀器數(shù)字測(cè)圖一般需要3-4人，而利用動(dòng)態(tài)RTK技術(shù)測(cè)圖只需1-2人。因此這種方法可推廣使用。

1 GPS RTK工作原理

GPS是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置可交會(huì)出地面未知點(diǎn)的位置。GPS RTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。它需要一臺(tái)基準(zhǔn)站接收機(jī)和一臺(tái)或多臺(tái)流動(dòng)站接收機(jī)，以及用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娕_(tái)。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站（也稱參考站，其坐標(biāo)精確已知）接收機(jī)借助電臺(tái)（通常稱為數(shù)據(jù)鏈）將其觀測(cè)值及坐標(biāo)信息，發(fā)送給流動(dòng)站接收機(jī)；流動(dòng)站接收機(jī)將自己采集的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)和接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，求得其三維坐標(biāo)（X、Y、Z）。

RTK 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）測(cè)量效率高。一般情況下，RTK一次設(shè)站即可完成5km半徑的測(cè)區(qū)，可直接進(jìn)行地形圖碎部測(cè)量，移動(dòng)站一人操作即可測(cè)圖，減少了作業(yè)人員的數(shù)量，加快了作業(yè)速度、提高了工作效率；（2）測(cè)量精度高。在一定的測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，RTK的測(cè)量誤差不會(huì)積累，平面精度和高程精度都能達(dá)到cm級(jí)；（3）全天候作業(yè)。和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK測(cè)量受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制小，在地形條件復(fù)雜和通視環(huán)境不好的測(cè)區(qū)，只要能滿足RTK的基本工作條件，就能進(jìn)行快速高精度定位，使測(cè)量工作更快更好的完成；（4）RTK測(cè)量自動(dòng)化、集成化程度高，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。

對(duì)于一定區(qū)域內(nèi)的工程測(cè)量，我們往往利用以往的控制點(diǎn)成果求取“區(qū)域性”的轉(zhuǎn)換參數(shù)，理論上削弱了變形影響，提高了轉(zhuǎn)換的可靠性?；鶞?zhǔn)站的WGS84坐標(biāo)的獲得方法有二種：一是，使用已有的靜態(tài)數(shù)據(jù)，直接將控制點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)輸入手簿直接求??；二是，使用上點(diǎn)采集的方式獲取，此種方法是在無(wú)WGS84成果的情況下使用，具體做法如下：基準(zhǔn)站的WGS84坐標(biāo)直接從手簿中讀取，然后將流動(dòng)站安置于控制點(diǎn)上采集WGS84坐標(biāo)，每次測(cè)量前總要先對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行點(diǎn)校正（WGS84地心坐標(biāo)與獨(dú)立坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換）。即測(cè)前應(yīng)在測(cè)區(qū)邊沿選擇三個(gè)或更多分布均勻的控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正，求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。測(cè)量時(shí)應(yīng)以其它已知控制點(diǎn)作為檢核，當(dāng)檢核精度滿足擬測(cè)量等級(jí)時(shí)，方可開(kāi)始正常作業(yè)。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 測(cè)區(qū)概況

本次工程為鄭州市需修建某道路而進(jìn)行設(shè)計(jì)測(cè)量工程，位于鄭州市東南方向，地處黃河南岸，嵩山山脈與黃河階地的交匯地帶，為黃河二級(jí)階地。工程區(qū)域內(nèi)多為耕地，有少量房屋，地形較為平坦，自西南向東北傾斜，地面自然坡度小于1.0%。道路全長(zhǎng)3.5公里，紅線寬度60米，按工程要求需測(cè)量1：500帶狀數(shù)字化地形圖。

2.2 測(cè)前準(zhǔn)備工作

搜集測(cè)區(qū)附近已知測(cè)量成果，必要時(shí)進(jìn)行測(cè)區(qū)踏勘，準(zhǔn)備規(guī)劃資料，檢查規(guī)劃數(shù)據(jù)是否齊全正確，準(zhǔn)備及檢查所需測(cè)量?jī)x器，做好測(cè)量計(jì)劃。

2.3 市政工程測(cè)圖的要求

市政工程對(duì)測(cè)圖提出了一些要求：（1）各類建筑物、構(gòu)筑物及其主要附屬設(shè)施均進(jìn)行了測(cè)繪，房屋外廓以墻角為準(zhǔn)。建筑物、構(gòu)筑物輪廓凸凹在圖上小于0.1mm時(shí)，用直線連接。獨(dú)立地物能按比例尺表示的實(shí)測(cè)外廓，填繪符號(hào)；不能按比例尺表示的，準(zhǔn)確表示了其定位點(diǎn)或定位線；（2）各線狀地物，如管道、高低壓線、鐵絲網(wǎng)等實(shí)測(cè)其架墩或電桿的位置。公路及其附屬物按其實(shí)際形狀測(cè)繪，特別是路邊的廣告牌、標(biāo)牌、路標(biāo)、彩門、路燈等市政設(shè)施均按要求表示。路中隔離帶不論鐵欄、水泥欄均用欄桿符號(hào)表示。公路里程碑實(shí)測(cè)其點(diǎn)位，并注明里程數(shù)；公路在圖上每約0.04m及地形起伏變換處、橋涵等構(gòu)筑物處均測(cè)注高程點(diǎn)；（3）水系及其附屬物按實(shí)際形狀測(cè)繪，河流測(cè)出河底高程并標(biāo)明了水流方向；（4）植被的測(cè)繪按其經(jīng)濟(jì)價(jià)值和面積大小適當(dāng)進(jìn)行了取舍。路邊的行樹(shù)、花壇詳細(xì)進(jìn)行表示，行樹(shù)的起止位置進(jìn)行實(shí)測(cè)。

2.4 施測(cè)過(guò)程

為滿足市政工程測(cè)量的要求，先對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行四等水準(zhǔn)控制，沿測(cè)區(qū)布設(shè)一條四等水準(zhǔn)線路。注意埋石或留點(diǎn)盡量不要選在大樹(shù)下、高樓旁等影響GPS信號(hào)的地方。

本次作業(yè)采用TOPCON Hiper 2臺(tái)1+2配置，在測(cè)區(qū)附近的開(kāi)闊處或房頂架設(shè)基準(zhǔn)站，連接好電臺(tái)，新建一個(gè)作業(yè)090319，選擇好各項(xiàng)設(shè)置及電臺(tái)頻道，然后進(jìn)行自動(dòng)定位，這樣就完成了基準(zhǔn)站的設(shè)置。檢查流動(dòng)站電臺(tái)信號(hào)，若其為固定解即可進(jìn)行點(diǎn)校正，平面控制點(diǎn)最少要校正三個(gè)，滿足測(cè)量精度即可，高程可根據(jù)布設(shè)的四等水準(zhǔn)點(diǎn)盡量多校正。如果能確定控制點(diǎn)都正確，也可邊測(cè)圖邊校正。測(cè)圖時(shí)可以采用點(diǎn)號(hào)配合草圖法成圖或采用編碼法成圖，本次作業(yè)采用編碼配合草圖法成圖，對(duì)獨(dú)立地物和簡(jiǎn)單的線狀地物施行編碼法，對(duì)復(fù)雜的地物地形畫草圖。如果遇到GPS信號(hào)不好處，可直接做好圖根控制點(diǎn)再用全站儀進(jìn)行測(cè)量。

2.5 施測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

首先，在采用GPS架設(shè)基準(zhǔn)站時(shí)，基準(zhǔn)站架設(shè)應(yīng)選在視野開(kāi)闊處，例如遠(yuǎn)離高大樹(shù)木、水面、高層建筑物下，避免產(chǎn)生多路徑效應(yīng)，影響測(cè)量質(zhì)量；其次，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站電臺(tái)頻率要保持一致，同時(shí)還應(yīng)注意避開(kāi)測(cè)區(qū)附近其他儀器的頻率；最后，參與轉(zhuǎn)換的水準(zhǔn)高程點(diǎn)應(yīng)盡量多且均勻分布在測(cè)區(qū)內(nèi)。

2.6 內(nèi)業(yè)處理

利用數(shù)字化成圖系統(tǒng)軟件對(duì)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)處理，本次作業(yè)采用南方數(shù)碼科技公司研發(fā)的CASS7.0 軟件，首先對(duì)其進(jìn)行用戶化優(yōu)化，在這里著重介紹一下編碼的用戶化。只要野外操作碼的定義能滿足軟件的編碼規(guī)則外，就要遵循簡(jiǎn)練，便于操作和記憶的原則。本次作業(yè)因只有獨(dú)立地位和簡(jiǎn)單的線形地位運(yùn)用編碼成圖，這樣就用不了太多的編碼，利用A-Z和0-9單個(gè)字母或數(shù)字就能把常用的地形地物描述完全。編碼只輸入單個(gè)字母或數(shù)字，這樣就加快了輸入速度，提高了作業(yè)效率。因個(gè)人習(xí)慣不同這里不再一一列舉常用地物編碼。

首先把GPS的所測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，然后進(jìn)行坐標(biāo)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，然后就展點(diǎn)號(hào)和高程點(diǎn)同時(shí)選擇成圖比例尺，利用編碼使獨(dú)立地物直接成圖，對(duì)復(fù)雜的地物根據(jù)草圖進(jìn)行連接編輯成圖。最后加注方格網(wǎng)和根據(jù)需要進(jìn)行分幅，根據(jù)測(cè)圖的用處進(jìn)行其他的編輯注記等處理。

2.7 精度分析

在平面控制中，GPS精度能夠滿足其要求，目前已被廣泛的采用，這里不在討論，只對(duì)其高程進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。本次校正求參作業(yè)不但使用了測(cè)區(qū)外的4個(gè)控制點(diǎn)的平面和高程，而且還使用了四等水準(zhǔn)線上的部分高程點(diǎn)。為了檢核GPS RTK所測(cè)高程精度，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)沒(méi)有參與高程擬合的四等水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行采集，并與其進(jìn)行比較，

在表1中，HD表示水準(zhǔn)高程，GD表示RTK實(shí)測(cè)的高程。從表1可看出，二者互差很小，最大絕對(duì)值為0.022m，最小絕對(duì)值為0.004m，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，其中誤差為0.017m，從以上結(jié)果可以看出GPS RTK所測(cè)高程的精度能滿足測(cè)圖需要。因本次作業(yè)為了檢查RTK所測(cè)高程的精度上表中的高程點(diǎn)都沒(méi)有參加轉(zhuǎn)換，如果這些點(diǎn)也都參與高程轉(zhuǎn)換，應(yīng)該高程精度還會(huì)更好。

3 結(jié)論

1）利用RTK測(cè)圖，不受天氣、地形、通視條件的限制，利于按時(shí)完成作業(yè)任務(wù)。

2）利用RTK技術(shù)比傳統(tǒng)方法節(jié)省人力，工作效比傳統(tǒng)方法提高2-3倍。

3）受衛(wèi)星狀況及周圍環(huán)境的限制，在樹(shù)林或高樓密布區(qū)，一般不能應(yīng)用。

4）利用RTK技術(shù)測(cè)圖精度高，且較為一致。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]