GPS—RTK測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用

彭鑫

摘要：GPS-PTK技術(shù)廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為工程施工建設(shè)中不可或缺的技術(shù)之一。在地形測(cè)量工作中充分運(yùn)用GPS-RTK的優(yōu)勢(shì)，可以快速完成地形的信息采集和圖形測(cè)繪等，例如高程屬性、位置屬性等，由于其在實(shí)測(cè)過(guò)程中添加代碼方便，所以在后期繪制地形圖中極大地提高了工作效率。本文通過(guò)結(jié)合唐山三友鹽化有限公司鹽田改造工程施工建設(shè)，對(duì)GPS-RTK技術(shù)在1：2000陸域地形測(cè)繪以及1：2000水域地形測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK測(cè)量技術(shù)；工程建設(shè)；地形測(cè)量；應(yīng)用

GPS-PTK（GlobalPositioningSystem RealTieKinematic），是現(xiàn)代地形測(cè)量中最常用到的一門技術(shù)，主要通過(guò)參考站對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將采集到的地形數(shù)據(jù)傳輸給流動(dòng)站，流動(dòng)站通過(guò)收集基準(zhǔn)站及自身數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位的功能。在地形測(cè)量中，結(jié)合GPS-PTK測(cè)量技術(shù)的功能特點(diǎn)，能夠進(jìn)行地形數(shù)據(jù)的采集、地形圖的測(cè)繪等工作，最終得到精確的海拔、坐標(biāo)或山區(qū)地形等數(shù)據(jù)，同時(shí)也能夠幫助提高作業(yè)人員的工作效率和質(zhì)量。

1.GPS-PTKT作原理

目前相對(duì)定位靜態(tài)GPS技術(shù)以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS-PTK技術(shù)在我國(guó)城市建設(shè)測(cè)繪中的運(yùn)用較為廣泛。高精度的測(cè)量通常是采用靜態(tài)GPS技術(shù)，而它在布置范圍較大的大地控制網(wǎng)和各種GPS局域網(wǎng)的時(shí)候需要的時(shí)間長(zhǎng)，并且要經(jīng)過(guò)處理才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。而作為GPS技術(shù)中的一個(gè)里程碑的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)GPS-PTK技術(shù)是以載波相位測(cè)量基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)差分GPS技術(shù)，它能達(dá)到厘米級(jí)精度。基準(zhǔn)站以及流動(dòng)站組成了GPS-PTK測(cè)量系統(tǒng)。原理是以獲取的坐標(biāo)參考點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，并安裝接收機(jī)，連續(xù)的觀測(cè)衛(wèi)星，用數(shù)據(jù)鏈傳送的方式將測(cè)量值、衛(wèi)星的跟蹤狀態(tài)以及接收機(jī)的狀態(tài)發(fā)送出去；流動(dòng)站上的接收機(jī)基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，用相對(duì)定位原理進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，得出基準(zhǔn)站的三維坐標(biāo)以及測(cè)量精度。這種方式能實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)點(diǎn)的精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用

2.1工程概況

為順利推進(jìn)唐山三友鹽化有限公司鹽田改造工程施工建設(shè)，天津市海洋地質(zhì)勘查中心受甲方委托，承擔(dān)大清河鹽場(chǎng)附近區(qū)域地形測(cè)繪任務(wù)。本次測(cè)量在河北省唐山市京唐港西大清河鹽廠及附近海域，工作內(nèi)容主要包括1：2000陸域地形測(cè)繪以及1：2000水域地形測(cè)繪。本工程采用西安80坐標(biāo)系，高斯三度帶投影，高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

2.2測(cè)區(qū)控制測(cè)量

根據(jù)測(cè)區(qū)已有控制點(diǎn)資料，并根據(jù)GPS-RTK系統(tǒng)采集的WGS84坐標(biāo)，計(jì)算出測(cè)區(qū)范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，并通過(guò)連續(xù)觀測(cè)得到控制點(diǎn)坐標(biāo)，二級(jí)圖根控制網(wǎng)在首級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際測(cè)圖需要進(jìn)行布設(shè)GPS1、GPS2、GPS3、GPS4四個(gè)二級(jí)控制點(diǎn)，用于每天的檢校。

2.2.1點(diǎn)位選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)地踏勘，逐點(diǎn)落實(shí)設(shè)計(jì)的點(diǎn)位，點(diǎn)位選擇時(shí)充分參考規(guī)范要求，如：測(cè)站視場(chǎng)內(nèi)地平仰角15°以上不能有障礙物，以避免遮擋衛(wèi)星信號(hào)。為了便于GPS的外業(yè)測(cè)量，應(yīng)選在交通方便、便于安置接收機(jī)設(shè)備和操作的地方。為了避免GPS信號(hào)的多路徑效應(yīng)，點(diǎn)位周圍50m內(nèi)應(yīng)無(wú)高大建筑物或面狀金屬反射物，也不要選在大范圍水面的邊緣。為了避免電磁干擾，點(diǎn)位應(yīng)離開(kāi)高壓輸電線，變電站100m以上，離開(kāi)射電干擾源應(yīng)在300m以上，要避開(kāi)定向的雷達(dá)天線和微波天線的輻射方向。同時(shí)，在布設(shè)GPS控制點(diǎn)時(shí)要保證點(diǎn)位分布均勻，以達(dá)到較好的圖形質(zhì)量。

2.2.2坐標(biāo)系統(tǒng)相互轉(zhuǎn)換參數(shù)

采用HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件測(cè)區(qū)四參數(shù)和高程擬合解算，參數(shù)解算成果如下：在將參數(shù)設(shè)置到手簿中，進(jìn)行控制點(diǎn)成果檢核，控制點(diǎn)測(cè)量平面誤差在±2cm以內(nèi)，高程誤差在±5cm內(nèi)，滿足區(qū)域測(cè)圖精度要求。

2.3水域地形圖測(cè)繪

2.3.1測(cè)線布設(shè)

根據(jù)《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》（JTSl31-2012）中水深測(cè)量間距設(shè)置相關(guān)要求進(jìn)行水深測(cè)線布設(shè)，主測(cè)線間隔為圖上20mm，本測(cè)區(qū)測(cè)量比例尺為1：2000，故本次測(cè)線布設(shè)間距為40m，聯(lián)絡(luò)測(cè)線間距400m。

2.3.2測(cè)量檢校

每次野外實(shí)施測(cè)量前，在單波束架設(shè)完后，將先作校正單波束高程及水深，將GPS連接到單波束上，打開(kāi)水深采集軟件，檢查單波束參數(shù)設(shè)置是否與GPS設(shè)置參數(shù)一致，如不一致進(jìn)行修改。將GPS連接到測(cè)深儀上，進(jìn)行定點(diǎn)水深測(cè)量，定點(diǎn)測(cè)量三次，取其平均值；再將GPS取掉，進(jìn)行探頭位置高程測(cè)量，測(cè)量三次，取其平均值；將此處高程與單波束測(cè)量進(jìn)行對(duì)比，誤差在5cm以內(nèi)，滿足要求，可實(shí)施本工作日測(cè)量。

同時(shí)，實(shí)施過(guò)程中，技術(shù)人員全程操作儀器設(shè)備，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備信號(hào)、水深數(shù)據(jù)異常，立即停止測(cè)量，查找原因，問(wèn)題解決后，方可測(cè)量。

在測(cè)量期間，按規(guī)范要求，在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)了測(cè)深檢查線（與主測(cè)線垂直），通過(guò)比較測(cè)深檢查線與主測(cè)深線相交處，即圖上1mm范圍內(nèi)水深點(diǎn)的深度互差，均滿足：H≤20m，深度比對(duì)互差≤0.4m的限差要求（超限點(diǎn)數(shù)不超過(guò)總比對(duì)點(diǎn)數(shù)的20%），見(jiàn)表1。

2.3.3施測(cè)方法

水域地形測(cè)量，按照1：2000地形圖要求，根據(jù)測(cè)量設(shè)計(jì)中布設(shè)好的測(cè)線，使用單波束測(cè)深配合GPS-RTK無(wú)驗(yàn)潮的方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)線間距40m，采集點(diǎn)采用距離方式進(jìn)行采集，采集點(diǎn)間距20m。通過(guò)量取探頭吃水深度和RTK流動(dòng)站天線高，將探頭高程換算出來(lái)，換算關(guān)系見(jiàn)圖1。

2.3.4水域地形數(shù)據(jù)處理

水域水深處理主要按照以下流程進(jìn)行：

（1）對(duì)水深數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，刪除壞的數(shù)據(jù)并由軟件進(jìn)行自動(dòng)處理。

（2）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合改正。

（3）將綜合改正的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，產(chǎn)生位置及深度，并生成DAT文件。

將南方自由行軟件處理后的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入南方CASS9.1，展野外測(cè)點(diǎn)到圖上，生成DTM，繪制三角網(wǎng)并生成等深線，1：2000按0、1.0m、2.0……10m生成等深線。

2.4陸域地形圖測(cè)繪

本次陸域測(cè)繪項(xiàng)目利用GPS-PTK及全站儀進(jìn)行碎部點(diǎn)采集，詳細(xì)測(cè)定各地物、地形、地貌的屬性和位置。由于本測(cè)區(qū)地物主要為蝦池、魚(yú)塘、蘆葦?shù)亍⒑拥?，地形相?duì)簡(jiǎn)單，故采用野外編碼加草圖方式繪制地形圖。

地物點(diǎn)、高程點(diǎn)和水下地形點(diǎn)采用VRS結(jié)合全站儀進(jìn)行觀測(cè)，每天作業(yè)前均將VRS基準(zhǔn)站架設(shè)到首級(jí)控制點(diǎn)或圖根控制點(diǎn)上，在相對(duì)距離較遠(yuǎn)的控制點(diǎn)上用VRS流動(dòng)站進(jìn)行檢校，用另一個(gè)已知點(diǎn)作為檢查，檢查坐標(biāo)、高程與已知坐標(biāo)、高程較差均小于5cm，方可開(kāi)始碎部點(diǎn)采集。碎部點(diǎn)采集過(guò)程中操作員現(xiàn)場(chǎng)繪制草圖并標(biāo)明觀測(cè)點(diǎn)號(hào)。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用隨機(jī)軟件將儀器外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)下載到電腦中，用Uedit32軟件將觀測(cè)數(shù)據(jù)編輯為南方CASS9.1軟件認(rèn)可的dat格式文件。將dat格式文件通過(guò)南方CASS9.1軟件展野外測(cè)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)功能將野外測(cè)點(diǎn)展繪到CAD底圖上，依據(jù)野外測(cè)點(diǎn)編碼記錄及草圖，繪制相應(yīng)的地物、地貌，并展野外高程點(diǎn)。

3.結(jié)語(yǔ)

GPS-RTK技術(shù)以其定位精度高且均勻、觀測(cè)時(shí)間短、可實(shí)時(shí)提供三維坐標(biāo)、操作簡(jiǎn)便、可以全天候作業(yè)等特點(diǎn)，在測(cè)量工作中大大提高了工作效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，越來(lái)越受到人們的青睞。本次應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)測(cè)量和成圖過(guò)程嚴(yán)格依據(jù)我中心質(zhì)量管理體系中的質(zhì)量手冊(cè)和程序文件管理辦法對(duì)測(cè)繪過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制，成果資料采用二級(jí)檢查一級(jí)審定制原則，對(duì)不合格圖紙產(chǎn)品不予放行。首先，由項(xiàng)目組技術(shù)人員對(duì)作業(yè)過(guò)程和成果進(jìn)行一級(jí)檢查，保證初步成果的質(zhì)量；其次由我中心總工辦組織人員對(duì)初步成果進(jìn)行二級(jí)審查，并將所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題反饋給項(xiàng)目組進(jìn)行處理，形成循環(huán)；最終成果，由總工進(jìn)行審定，保證了成果的質(zhì)量。