淺談RTK在丘陵山區(qū)地帶數(shù)字測圖中存在的問題及解決方法

摘 要：文章簡述RTK在丘陵山區(qū)地帶數(shù)字測圖中的主要操作流程，并以常山縣村莊數(shù)字地籍調(diào)查項目為例，對丘陵山區(qū)地帶測圖中存在的共性問題進行分析探討，包括基準站的架設(shè)、安裝、設(shè)置，流動站的安裝、設(shè)置，外業(yè)數(shù)據(jù)的采集以及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理等流程，得出了RTK測圖具有精度高、速度快、簡單方便的優(yōu)點，同時也提出了RTK測圖的不足之處及相應(yīng)的彌補措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)字測圖；丘陵山區(qū)；基準站；流動站

1 概述

GNSS全球定位系統(tǒng)的出現(xiàn)帶來了測繪技術(shù)的革命。使用GNSS定位不需后視定向，不要求測站間通視，可直接獲得待測點位的坐標。而GNSS的技術(shù)也在飛速進步，在精度及效率上都有了很大的提升。RTK技術(shù)可以厘米級的精度獲得動態(tài)的點位坐標值，在測量中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在已有大多數(shù)測繪單位將其應(yīng)用于數(shù)字測圖，取得了良好的效果。鑒于此，文章詳細的闡述了RTK測圖的應(yīng)用操作，分析了RTK在丘陵山區(qū)測圖的應(yīng)用，包括基準站的架設(shè)、安裝、設(shè)置，流動站的安裝、設(shè)置，外業(yè)數(shù)據(jù)的采集以及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理等流程；文章結(jié)合常山縣村莊數(shù)字地籍調(diào)查項目說明了RTK測圖的全過程并提出了自己的建議。

2 以常山縣農(nóng)村宅基地地籍項目為例

常山縣位于浙西錢塘江上游，全縣總面積1099.1平方公里，其中山地面積930.94平方公里，占84.7%。地貌以丘陵、山地為主，地勢東北與西南邊境高，中部沿常山港兩岸為低丘和沖擊平原，是一個“八山半水分半田”的山區(qū)縣。

2.1 控制測量

平面坐標系統(tǒng)采用1954年北京坐標系，中央子午線為118°30′。由于進入測區(qū)較早，GNSS一級網(wǎng)布設(shè)工作剛剛開始，如果等GNSS一級網(wǎng)布設(shè)完畢還需一個多月，但是測繪作業(yè)人員已準備完畢，因此會耽誤時間工期，浪費人力資源?？紤]到測區(qū)內(nèi)原有2009年6月施測的79個四等GNSS控制點，其成果均包括1954年北京坐標系，中央子午線118°30′和1980西安坐標系，中央子午線120°兩套成果，可作為本測區(qū)一級GNSS控制網(wǎng)的平面起算數(shù)據(jù)；施測的79個四等GNSS控制點均進行了四等水準的聯(lián)測，高程成果為1985國家高程基準（二期），可作為本測區(qū)五等水準網(wǎng)及RTK擬合高程的起算數(shù)據(jù)，因此將這些四等GNSS控制點作為圖根的起算數(shù)據(jù)，進行求參數(shù)布圖根，以便順利的進行數(shù)字測圖工作，等GNSS一級網(wǎng)布設(shè)完成后，再將側(cè)區(qū)內(nèi)均勻分布的GNSS一級點隨機的檢核部分點，這樣不僅讓GNSS一級網(wǎng)布設(shè)和數(shù)字測圖工作同時進行，而且節(jié)省時間，增加了工作效率，數(shù)學(xué)精度也達到了規(guī)范要求。

2.2 地形測圖

圖根控制網(wǎng)大可分為兩種：（1）RTK動態(tài)測量方法；（2）全站儀常規(guī)導(dǎo)線。由于村莊密集需要盡可能多的布設(shè)圖根控制點，衛(wèi)星信號容易受到干擾，因此，建筑物密集區(qū)不宜采用RTK動態(tài)測量方法施測。

2.2.1 ZJCORS作業(yè)模式

我們現(xiàn)在常用的圖根方法是浙江省ZJCORS，它是由浙江省測繪與地理信息局組織實施，通過與省氣象、省地震等行業(yè)數(shù)據(jù)共享，建設(shè)的覆蓋全省的連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)，旨在向各領(lǐng)域提供高精度、實時或事后定位導(dǎo)航服務(wù)，為“數(shù)字浙江”建設(shè)提供基礎(chǔ)地理信息支撐?，F(xiàn)全國各地都在建設(shè)CORS系統(tǒng)，由于CORS系統(tǒng)的優(yōu)越性：無需架設(shè)基準站，定位精度高，覆蓋范圍廣等，使得CORS系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，行業(yè)應(yīng)用也越來越多。

因此項目開始也同樣用ZJCORS做圖根控制，采用測兩個時間段，每個時間段測兩次的常規(guī)做法。但實際測后的成果并不理想，常山縣位于省CORS網(wǎng)的邊緣地帶，而且地貌以丘陵、山地為主，這更加影響ZJCORS的信號強度。在同一時間段即使測兩遍的精度符合技術(shù)規(guī)范，但兩個時間段測出的圖根成果合格率僅有百分之五十左右，即使再去復(fù)測，圖根成果還是不能滿足測圖要求。平面精度勉強符合，但高程精度相比平面精度更是相差甚遠，兩個時間段的高程差最多達到15cm，圖根精度如此，如果用RTK測量碎步點精度肯定也不好，因此這種方法不可行。

2.2.2 RTK電臺模式

電臺模式架基準站的RTK測量方法，它是GPS-RTK剛出現(xiàn)時的最傳統(tǒng)使用方法，相比CORS在常山地區(qū)使用而言，優(yōu)點是信號穩(wěn)定，精度較好；缺點是需要架設(shè)基準站，儀器設(shè)備用量大；雖然理論上電臺信號達到半徑15km，實際有效半徑為7km左右，信號范圍有限，觀測的可靠性和可行性將會隨著距離的增大而降低；需要移動電源，不能全天候使用。

2.2.3 GPRS作業(yè)模式

此為常規(guī)GPS-RTK的用法，但是設(shè)備儀器使用復(fù)雜。而且基于本項目只有兩臺GNSS接收機，沒有電臺模式中的天線、蓄電池、電臺等設(shè)備，所以此方法在本項目中也不適用。因此只能用GPRS作業(yè)模式了，這種方法以前我們從未使用過，也是剛剛新興不久的一種RTK作業(yè)模式。相比前兩種作業(yè)方法，GPRS作業(yè)模式比CORS多用一臺GNSS接收機作為基準站，但在常山測區(qū)中信號會更穩(wěn)定，缺點是使用范圍有限，觀測的可行性和精度會隨著距離的加大而降低；相比電臺模式少了許多繁瑣設(shè)備，機動性強，但是沒有蓄電池做基礎(chǔ)，它的續(xù)航能力弱，而電量逐漸減弱會導(dǎo)致信號也減弱，影響到測量精度。

由于常山的地形地貌，因此基準站應(yīng)選擇地勢較高、視野開闊的地方，和電臺模式基準站架設(shè)的外部環(huán)境條件相同，同樣也是有利于衛(wèi)星信號的接收與發(fā)送，并確定此處有無手機網(wǎng)絡(luò)的信號，基準站應(yīng)盡量整平（基準站架設(shè)在已知點時還要求嚴格對中整平）。將開通了的GPRS的SIM卡插入接收機內(nèi)，基準站數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

以上就是RTK的三種用法，然后經(jīng)過點校正，或者有七參數(shù)的可直接輸入，之后外業(yè)測量并數(shù)據(jù)導(dǎo)出即可。

3 結(jié)論

3.1 RTK在數(shù)字測圖運用中的優(yōu)點

（1）RTK作業(yè)效率高。流動站在每個圖根觀測一次時間僅10～15s左右，比做傳統(tǒng)導(dǎo)線圖根省時省力；在每個測量點上的觀測時間僅3～5s左右，一般地形相對簡單的條件下，一人一臺流動站單日平均可以采集1000～2000個數(shù)據(jù)，相對于傳統(tǒng)的測圖方法需要2～3人一天也未必能達到這種工作量。

（2）RTK測量作業(yè)節(jié)省人力物力。RTK流動站可一人操作，基準站設(shè)置好后可自動運行。用RTK進行小面積測圖，不需要布設(shè)圖根控制網(wǎng)，而且點與點之間無需通視，省去了布設(shè)控制測量費用及時間，省時省力。

（3）RTK測量精度高。實際工作中證明，RTK測圖點位誤差有不積累、不傳播等特點，測圖精度較高。

（4）RTK測圖方便易操作。在測量過程中，可使用手簿自帶功能將測得的點的點位顯示出來，并且能顯示出流動站實時所在位置，以便對應(yīng)找出已測區(qū)域和未測區(qū)域。

3.2 RTK數(shù)字測圖的不足

（1）實時受控于衛(wèi)星信號狀況，RTK作業(yè)時至少需接收5個以上衛(wèi)星。在建筑物密集區(qū)、山區(qū)或其他衛(wèi)星信號接收弱的地方，有無法初始化的情況，或初始化極易失敗。

（2）作業(yè)距離受限于基準站電臺發(fā)射功率。就目前來看基準站電臺發(fā)射功率較小，限制了基準站與流動站之間信號的傳播和之間的距離，并且基準站與流動站之間的距離越長，其測量精度越低。

（3）數(shù)據(jù)鏈的傳送受多種因素的干擾。受地形地物的影響，或其他電磁波信號的干擾，流動站存在接收不到基準站發(fā)射信息的情況。這直接影響到RTK測量的可靠性與穩(wěn)定性。

（4）用省CORS進行RTK測量時信號不穩(wěn)定，并且有時候受時間段衛(wèi)星信號影響，平面精度雖然大部分符合作業(yè)規(guī)范，但高程精度在有些地區(qū)相差很大，可能會影響到整個項目的作業(yè)精度。

3.3 探討彌補RTK不足的措施

對于RTK的缺點，可采用以下措施提高測量成果的精度與穩(wěn)定性：

（1）在測區(qū)范圍內(nèi)找到制高點并盡可能布設(shè)GPS控制點，作為今后的基準站。

（2）縮短各流動站與基準站的距離，盡可能光學(xué)通視，其間距最好控制在6～7km以內(nèi)，同時為確保信號覆蓋整個測區(qū)范圍，儀器設(shè)備充足的情況下，可布設(shè)多臺基準站均勻分布測區(qū)。

（3）RTK作業(yè)過程中，若流動站受外界電磁波信號的干擾，應(yīng)及時通知基準站重新設(shè)置電臺發(fā)射頻率，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

（4）在省內(nèi)多布設(shè)CORS站點，也可與臨邊省份CORS站合作，最好能覆蓋到省內(nèi)的每個角落，完善省CORS網(wǎng)系統(tǒng)，提高精度和穩(wěn)定性。

4 展望和發(fā)展

展望RTK測圖的未來，會在以下方面有所普及和發(fā)展：

（1）實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。目前的數(shù)字化測圖仍需畫草圖，需要內(nèi)業(yè)整理，即使使用外業(yè)直接成圖，仍須攜帶專門的設(shè)備和筆記本電腦，繁瑣的設(shè)備不適合野外作業(yè)。而將外業(yè)草圖與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)對接時往往會出現(xiàn)錯誤，之后又需要再實地檢查修圖，反反復(fù)復(fù)費工費時。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，未來可以將繪圖的功能融合于RTK手簿中，實現(xiàn)測圖的同時直接成圖，待外業(yè)完成后，只需在成果圖上稍作修改即可。不僅節(jié)省人力、提高作業(yè)效率，還可以避免很多作業(yè)過程中的問題。

（2）測量自動化。隨著科技的發(fā)展，測繪儀器與方法也得到了質(zhì)的飛躍：GNSS和全站儀結(jié)合產(chǎn)生的超站儀已被廣泛應(yīng)用于多種測量；同時，無反射棱鏡、測量機器人的技術(shù)也獲得了極大的提升。隨著電子高度集成化，在未來有望將RTK、全站儀、陀螺儀及免棱鏡技術(shù)結(jié)合，用RTK獲得點位坐標，用陀螺儀裝置獲得定向信息，用測量機器人及免棱鏡測量技術(shù)施測，生產(chǎn)出功能強大的新型儀器，使測量變得更簡單。屆時，作業(yè)人員只需架設(shè)好儀器，無需已知測站坐標及后視定向，甚至也無需棱鏡的配合，即可實現(xiàn)快速測圖。

（3）網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。目前，國家有關(guān)部門已在著手研究建立RTK永久基準站，建成后，將實現(xiàn)國內(nèi)大范圍高強度RTK差分信號的覆蓋。屆時，只需一臺流動站信號接收機，即可獲得點位坐標。隨著基準站信號強度的提高，RTK的作業(yè)范圍也不斷擴大；多基準站發(fā)射差分信號進行平差處理，可以提高RTK測量的精度。

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，測繪行業(yè)技術(shù)必將引發(fā)新革命，實現(xiàn)測繪的高度自動化、集成一體化、人力最簡化，帶來巨大的生產(chǎn)力價值。

參考文獻

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