GPS RTK技術(shù)在數(shù)字化地形測量中的應(yīng)用

田娟

摘要：隨著數(shù)字化時代的到來，傳統(tǒng)的地形測量技術(shù)已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代數(shù)字化地形測量的需要，所以近年來在數(shù)字化地形測量中，以GPS RTK為代表的現(xiàn)代數(shù)學(xué)化測繪技術(shù)在數(shù)字化地形測量中得到了廣泛的應(yīng)用。文章結(jié)合近年來的應(yīng)用實(shí)踐，就數(shù)字化地形測量中強(qiáng)化GPS RTK技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)事項(xiàng)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；地形測量技術(shù)；GPS RTK技術(shù)；圖根控制測量；碎部測量 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：P228 文章編號：1009-2374（2016）16-0142-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.069在數(shù)字化地形測量上應(yīng)用GPS RTK技術(shù)，我們必須對GPS RTK技術(shù)有一個基本的認(rèn)識，并結(jié)合工程的需要，切實(shí)掌握其應(yīng)用要點(diǎn)，并采取有效的措施，強(qiáng)化應(yīng)用質(zhì)量的控制，才能更好地促進(jìn)GPSRTK技術(shù)應(yīng)用成效的提升，為整個數(shù)字化地形測量水平的提升注入動力。

1 基于GPS RTK技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐的幾點(diǎn)認(rèn)識

在現(xiàn)代數(shù)字化地形測量工程中，為了更好地強(qiáng)化GPS RTK技術(shù)的應(yīng)用，筆者結(jié)合近年來在此類工程中的應(yīng)用實(shí)踐，就GPS RTK技術(shù)的運(yùn)行原理和優(yōu)勢做出以下淺顯的總結(jié)：就其運(yùn)行原理來看，主要是以載波相位的觀測值為載體，就整個地形測量中采用的實(shí)時性、動態(tài)性的定位技術(shù)。具體來說，就是在基準(zhǔn)站中，在數(shù)據(jù)鏈路的支持下，將載波相位的觀測值、基準(zhǔn)站的坐標(biāo)以及偽距觀測值等相關(guān)數(shù)據(jù)，及時地傳輸?shù)搅鲃诱荆偻ㄟ^流動站將所接受的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、自身觀測數(shù)據(jù)及時的利用載波相位實(shí)施差分處理，從而對基準(zhǔn)站與流動站之間的基線向量，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合基準(zhǔn)站的坐標(biāo)，對每個流動的WGS84坐標(biāo)得出，再轉(zhuǎn)換坐標(biāo)之后對流動站每個點(diǎn)所在的海拔高度和平面坐標(biāo)系數(shù)得出。而就其運(yùn)行優(yōu)勢來看，主要是觀測站和觀測站之間不需要通視，在節(jié)約測量時間、加快工程進(jìn)度的同時確保測量效率的提升，尤其是具有較高的定位精度，且能實(shí)時地提供三維坐標(biāo)，而且能夠全天候的作業(yè)，在數(shù)字化地形測量中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 基于數(shù)字化地形測量工程中的GPS RTK技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 分析GPS RTK基準(zhǔn)站布設(shè)技術(shù)要點(diǎn)

2.1.1 在準(zhǔn)備環(huán)節(jié)。由于準(zhǔn)備工作的開展對于促進(jìn)整個測量工程順利的實(shí)施具有十分重要的作業(yè)，所以在利用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行外業(yè)測量之前，測量人員就應(yīng)深入測區(qū)現(xiàn)場，對現(xiàn)場進(jìn)行勘踏，同時對工程所在地的地形圖、地質(zhì)條件、氣候條件和交通條件等有一個基本的認(rèn)識，并結(jié)合數(shù)字化測繪工作的需要，對測量點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的布置，并為內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備工作的完成準(zhǔn)備好各種施工所需的儀器設(shè)備，從而為整個數(shù)字化測繪工作的開展奠定基礎(chǔ)。

2.1.2 在對基準(zhǔn)站的位置進(jìn)行設(shè)置時，其可以設(shè)置在已知的控制點(diǎn)上，也能在未知點(diǎn)上進(jìn)行設(shè)置，所以所設(shè)置的基準(zhǔn)站位置一般是為了滿足測量的便利，針對性地進(jìn)行基準(zhǔn)站的選點(diǎn)工作，但是基準(zhǔn)點(diǎn)的點(diǎn)位應(yīng)盡可能地在視野開闊的地段，盡可能地減少障礙物帶來的影響，同時還要盡可能地避免無線發(fā)射干擾源帶來的影響，且確保其交通便利，這樣就能為測量提供便利。而在基準(zhǔn)站進(jìn)行外業(yè)觀測時，主要是結(jié)合外業(yè)觀測的需要，針對性地采取外業(yè)觀測儀器，并嚴(yán)格按照其操作要求開展外業(yè)觀測施工，再利用軟件對所觀測的外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對每個基準(zhǔn)站點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行精確的計(jì)算。

2.2 數(shù)字化地形測量工程中GPS RTK技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

數(shù)字化地形測量工程中應(yīng)用GPS RTK技術(shù)主要是進(jìn)行圖根控制測量、控制點(diǎn)測量、水準(zhǔn)測量和碎部測量。以下就其中技術(shù)難度復(fù)雜和較為重要的圖根控制測量和碎部測量的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行說明：

2.2.1 圖根控制測量中GPS RTK技術(shù)的應(yīng)用。在利用GPS RTK進(jìn)行數(shù)字化地形測量時，為了加快工程進(jìn)度和提升質(zhì)量，在已知控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可以越級到圖根控制測量環(huán)節(jié)，而且在整個數(shù)字化地形測量中，圖根控制測量又是最為重要的內(nèi)容，所以在實(shí)際應(yīng)用中，為了確保觀測的精度，盡可能地將對中誤差減少，就應(yīng)架設(shè)三腳架，利用流動站進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測，且天線的高度精確到毫米級。因而在對圖根控制點(diǎn)進(jìn)行測量時，應(yīng)注意如下技術(shù)要點(diǎn)：一是每個圖根點(diǎn)的通視方向應(yīng)大于等于2個，且通視方向夾角在60°～120°之間，點(diǎn)間距離較遠(yuǎn)，并利用全站儀對碎部數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對圖根點(diǎn)之間的間距以及夾角、對圖根點(diǎn)的點(diǎn)位精度和點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對精度進(jìn)行觀測，對于存在的問題應(yīng)盡可能地確保得到及時的處理，才能降低由于弱圖根點(diǎn)的誤差導(dǎo)致地形測量質(zhì)量帶來影響；二是所選圖根點(diǎn)應(yīng)具有視野好、交通好、便于保存，同時為GPS接收信號、利用圖根點(diǎn)以及復(fù)測等工作帶來便利；三是圖根點(diǎn)的點(diǎn)位必須與各類無線發(fā)射設(shè)施原理，且利用GPS RTK技術(shù)進(jìn)行觀測時，必須利用已知點(diǎn)對其復(fù)核和檢查，預(yù)防出現(xiàn)較大的誤差。

2.2.2 碎部測量中GPS RTK技術(shù)的應(yīng)用。在數(shù)字化地形測量中，除了圖根控制測量，碎部測量也是一項(xiàng)十分重要的工作。在碎部測量中加強(qiáng)GPS RTK技術(shù)的應(yīng)用，主要是對碎部數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。在整個數(shù)據(jù)采集過程中不會受到來自一般天氣的影響，而且具有較高的測圖精度，尤其是不用考慮控制點(diǎn)之間的通視度，在實(shí)際應(yīng)用過程中，其主要適用于如下區(qū)域采用：一是在開闊區(qū)域之內(nèi)，對存在這一區(qū)域內(nèi)的獨(dú)立地物和線狀地物等進(jìn)行直接觀測，且觀測的精度能控制在厘米級。在具體應(yīng)用過程中，主要是結(jié)合所需測量的地物對其定位點(diǎn)進(jìn)行確定，并在定位點(diǎn)上進(jìn)行流動站的安裝，當(dāng)儀器狀態(tài)穩(wěn)定之后，將地物屬性編碼輸入之后并保存，這樣就能在整理內(nèi)業(yè)時結(jié)合屬性編碼，通過程序?qū)⒌匚镝槍π缘卦诘匦螠y量圖中表示出來；二是在開闊區(qū)域之內(nèi)，對各種地物進(jìn)行分類之后再針對性地進(jìn)行測量。例如低矮建筑物的測量，就應(yīng)加高對中桿，并將天線伸到低矮建筑物的頂部之后直接進(jìn)行觀測。而如果是高大但結(jié)構(gòu)簡單的構(gòu)筑物，則應(yīng)對輔助點(diǎn)進(jìn)行觀測的方式求得其碎部數(shù)據(jù)。換言之，就是在對建筑物的四個房角進(jìn)行觀測時，主要是將每個房角的延長線作為輔助觀測點(diǎn)，并通過畫草圖對待測點(diǎn)進(jìn)行記錄，連接的順序和輔助觀測點(diǎn)的序號進(jìn)行標(biāo)注，這樣就能對四個房角的碎部數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)編輯，若房屋結(jié)構(gòu)不規(guī)則，則采用全站儀進(jìn)行補(bǔ)測。

2.3 測量質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.3.1 在圖根控制測量過程中，主要是結(jié)合已知的控制點(diǎn)，對野外數(shù)據(jù)采集的控制點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，同時確保精度和密度滿足測圖的需要即可。

2.3.2 在控制點(diǎn)測量過程中，主要是確保其平面誤差得到有效的控制。

2.3.3 在水準(zhǔn)測量過程中，主要是對其精度和高程的測量精度進(jìn)行控制，從而更好地提升地形圖的精度，且在觀測和讀數(shù)過程中不得出現(xiàn)錯誤，在觀測路線的基礎(chǔ)上，應(yīng)計(jì)算和改進(jìn)測段的高差，對其閉合差進(jìn)行計(jì)算和分配，從而對每個水準(zhǔn)點(diǎn)的高程進(jìn)行計(jì)算。

2.3.4 碎部測量過程中，主要是結(jié)合測區(qū)實(shí)際對碎部測量的誤差進(jìn)行控制，且確保碎部測量數(shù)據(jù)得到精準(zhǔn)的記錄，從而更好地為內(nèi)業(yè)測量提供依據(jù)，最大化地確保數(shù)字化地形測量的精準(zhǔn)性。

3 測量誤差控制策略

在數(shù)字化地形測量中，經(jīng)常會由于這樣或那樣的原因而出現(xiàn)誤差，所以我們必須緊密結(jié)合誤差的類型，采取針對性的措施，切實(shí)強(qiáng)化誤差控制工作的開展，才能更好地促進(jìn)測量精度的提升。以下就GPS RTK測量中常見誤差的控制策略做出淺顯的總結(jié)：

3.1 同測站誤差控制

往往由于天線相位的變化得不到重視，進(jìn)而導(dǎo)致點(diǎn)位坐標(biāo)誤差在3～5cm之間，而往往GPS RTK定位精度需要在1cm之內(nèi)，因而必須結(jié)合基站與天線的精準(zhǔn)相位圖對其數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)就對天線的相位進(jìn)行檢查，才能促進(jìn)其精度的提升，進(jìn)而將誤差降低。

3.2 多徑誤差控制

由于此類誤差往往較為嚴(yán)重，往往受周邊天線所處的環(huán)境影響，誤差在5～19cm之間，所以為了強(qiáng)化對其的控制，應(yīng)確保所選的點(diǎn)位在開闊的地帶，且沒有反射點(diǎn)。并采取扼流圈天線，施工現(xiàn)場應(yīng)安裝吸收電波的設(shè)備和材料，加強(qiáng)對電波干擾的處理。

3.3 信號干擾帶來的誤差控制

因?yàn)楹芏鄷r候不可能將干擾源移除，所以主要是采取有效的措施減少和避開信號干擾。因此，我們必須科學(xué)地進(jìn)行選點(diǎn)，盡可能地加強(qiáng)對電磁波帶來的輻射和干擾的監(jiān)測，并在選點(diǎn)之前加強(qiáng)儀表的利用，以盡可能地消除其帶來的影響，且一般不能在惡劣的天氣或者天氣急劇變化的情況下實(shí)施測量。

3.4 軌道誤差控制

雖然此類誤差只有幾米，但是所殘留的相對誤差則影響較短，一般10km的短基線可以忽略不計(jì)，但是20～30km的基線就會受到影響，一般有幾厘米。而電離層的誤差又具有較強(qiáng)的擴(kuò)散性、瞬變性和互補(bǔ)性，所以我們就應(yīng)借助雙頻接收機(jī)消除電離層帶來的影響。而為了確保其能夠達(dá)到厘米級的精度，還應(yīng)對觀測站自身的誤差考慮進(jìn)來，才能更好地促進(jìn)誤差的消除。

4 未來發(fā)展趨勢分析

未來我國在數(shù)字化地形測量中的技術(shù)問題是亟待解決的問題，尤其是在現(xiàn)代化的數(shù)字測量中，所面臨的技術(shù)困難也在不斷的加大，我們需要增加RTK技術(shù)和VRS技術(shù)的應(yīng)用，并強(qiáng)化有關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，著力解決當(dāng)前遇到的各種技術(shù)問題，打破國外技術(shù)方面的壟斷，強(qiáng)化與高校之間的合作，著力培養(yǎng)新時代背景下發(fā)展所需的多元化測量人才，才能更好地在未來的數(shù)字地形測量中提高技術(shù)實(shí)力，促進(jìn)測量成本降低的同時將測量的精度提升，并為此而不懈努力和奮斗。

5 結(jié)語

綜上所述，數(shù)字化地形測量工作的開展需要較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)知識，所以我們在注重GPS RTK技術(shù)應(yīng)用的同時，還應(yīng)在實(shí)際工程中結(jié)合實(shí)際需要，切實(shí)加強(qiáng)現(xiàn)代化、數(shù)字化地形測量技術(shù)的應(yīng)用，同時加強(qiáng)有關(guān)專業(yè)技術(shù)的學(xué)習(xí)，強(qiáng)化經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)的總結(jié)，才能在今后的工作中不斷改進(jìn)和完善，適應(yīng)時代發(fā)展的需要，提高自身的核心競爭力。

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