GPSRTK技術(shù)在城市地形圖測量中應(yīng)用研究

寧巍

摘 ? 要：與傳統(tǒng)的導(dǎo)線測量比較，RTK 圖根控制測量自動化程度高，實(shí)時(shí)提供經(jīng)過檢驗(yàn)的成果資料，無需數(shù)據(jù)后處理。擁有彼此不通視條件下遠(yuǎn)距離傳遞 3 維坐標(biāo)的優(yōu)勢，并且不像導(dǎo)線測量那樣會產(chǎn)生誤差累積，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠。本文以北京某測區(qū)案例為研究背景，探討了trimble 5800 GPS-RTK接收機(jī)在圖根控制測量中的應(yīng)用，簡述了RTK的工作原理，并對其精度進(jìn)行了分析，根據(jù)GPS-RTK技術(shù)在圖根控制測量中的應(yīng)用情況得出幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK ?控制測量 ?精度

中圖分類號：P228 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（a）-0036-02

隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展，人們對快速高精度位置信息的需求也日益強(qiáng)烈。而目前使用最為廣泛的快速高精度定位技術(shù)就是RTK（實(shí)時(shí)動態(tài)定位：Real Time Kinematic），RTK 技術(shù)的關(guān)鍵在于使用了GPS的載波相位觀測量，并利用了參考站和移動站之間觀測誤差的空間相關(guān)性，通過差分的方式除去移動站觀測數(shù)據(jù)中的大部分誤差，從而實(shí)現(xiàn)高精度（分米甚至厘米級）的定位。它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。

1 ?RTK概論

1.1 RTK的工作原理

RTK是以載波相位觀測量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測量，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的厘米級精度的三維定位結(jié)果。RTK定位測量通常是由一個(gè)基準(zhǔn)站和一個(gè)或多個(gè)流動站組成，接收機(jī)之間建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。開始作業(yè)時(shí)，流動站首先依次在兩個(gè)或兩個(gè)以上已知點(diǎn)上進(jìn)行測量，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，和基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，得到流動站與基準(zhǔn)站之間的高精度GPS基線向量。同時(shí)，利用已知點(diǎn)之間GPS基線向量（間接基線）及已知坐標(biāo)數(shù)據(jù)，求得GPS三維基線向量轉(zhuǎn)換到當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)三維基線向量的轉(zhuǎn)換參數(shù)，及基準(zhǔn)點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，這個(gè)過程稱為初始化。初始化完成后即可開始測量。流動站到待測點(diǎn)上，通過與基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)差分處理，求得基準(zhǔn)站到流動站的高精度的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)三維坐標(biāo)差。

1.2 RTK測量系統(tǒng)的組成

RTK測量系統(tǒng)一般由以下三部分組成：GPS 接收設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、軟件系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站的發(fā)射電臺與流動站的接收電臺組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動態(tài)測量的關(guān)鍵設(shè)備 。其基本組成至少需要一個(gè)基準(zhǔn)站和一個(gè)流動站。

2 ?RTK測量實(shí)例

2.1 測區(qū)范圍概況

測區(qū)位于北京市某區(qū)，面積約為6km2。測區(qū)多為居民區(qū)及工廠，西邊較少部分臨山?？傮w上測區(qū)地勢較為平坦、建筑物平均高度較低。海拔1900～2000m左右。測區(qū)共有四個(gè)街區(qū)，上百家大小單位，近七個(gè)村莊。

在進(jìn)行測量工作前，收集了測區(qū)相應(yīng)的資料。收集到測區(qū)范圍內(nèi)及其周邊41個(gè)I級導(dǎo)線點(diǎn)成果（高程為三等水準(zhǔn)成果）。在本次測繪工作中平面采用2004昆明坐標(biāo)系;高程采用1985國家高程基準(zhǔn)。

采用的主要儀器設(shè)備主要有：雙頻trimble 5800 GPS-RTK、徠卡TS06全站儀三臺、筆記本電腦6臺等。

2.2 RTK測量的具體步驟

采用北京市獨(dú)立坐標(biāo)系CORS網(wǎng)：

（1）流動站設(shè)置。

1個(gè)流動站只需1名測量員通過手簿進(jìn)行測量操作。連接好流動站接收機(jī)、天線、測桿后，先進(jìn)行測量類型，電臺的配置，使其與基站無線電連接，輸入流動站的天線高，輸入觀測時(shí)間、次數(shù)，設(shè)置機(jī)內(nèi)精度，機(jī)內(nèi)精度指標(biāo)預(yù)設(shè)為點(diǎn)位中誤差±1.5cm，高程中誤差±2.0cm， PDOP < 6。

（2）校正測量。

由于基準(zhǔn)站設(shè)置于未知點(diǎn)上，因此必須對已知點(diǎn)進(jìn)行校正測量，才能在手簿上求解出WGS-84坐標(biāo)與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。校正點(diǎn)的數(shù)量視測區(qū)的大小而定，一般取3～6點(diǎn)為宜。在手簿中輸入校正點(diǎn)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)，流動站置于校正點(diǎn)上測量出該點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，將所選的校正點(diǎn)逐一測量后，通過手簿上的點(diǎn)校正計(jì)算即可求解出轉(zhuǎn)換參數(shù)。點(diǎn)校正測量結(jié)束后，先在已知點(diǎn)上測量，檢查轉(zhuǎn)換參數(shù)無誤時(shí)才能進(jìn)行新的測量。

（3）圖根點(diǎn)控制測量。

圖根點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)該以點(diǎn)組的形式出現(xiàn)，每組應(yīng)有兩個(gè)或者三個(gè)兩兩通視的圖根點(diǎn)組成，以便于安置全站儀測量時(shí)定向和測站檢核，圖根點(diǎn)之間的距離應(yīng)隨點(diǎn)位而定，一般不超過100m。圖根點(diǎn)測量時(shí)只需在測站上輸入點(diǎn)名、按提示測量存儲，正常情況下， 5s即可結(jié)束一個(gè)點(diǎn)的觀測。本測區(qū)一共布設(shè)了287個(gè)圖根點(diǎn)。

2.3 精度分析

在整個(gè)測區(qū)約6km2的范圍中，用GPS-RTK一共布設(shè)了287個(gè)圖根點(diǎn)。為了檢驗(yàn)RTK圖根點(diǎn)的實(shí)際精度，RTK測量結(jié)束后，用全站儀（徠卡TS06power ?5〞）對部分相互通視的點(diǎn)實(shí)測檢查。

在進(jìn)行全站儀實(shí)測過程中，首先邊長檢查。用I級導(dǎo)線點(diǎn)檢查RTK實(shí)測圖根點(diǎn)，進(jìn)行邊長復(fù)測檢查。結(jié)果見表1。

除了對邊長檢查外，還對部分圖根點(diǎn)與I級導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，再對RTK實(shí)測圖根點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，對復(fù)測得到的坐標(biāo)與RTK實(shí)測圖根點(diǎn)的測量坐標(biāo)反算邊長、高差比較，得到點(diǎn)位置誤差最大誤差為4.1cm，高程誤差最大為5.9cm結(jié)果表明所測點(diǎn)精度良好。因此可以看出，RTK實(shí)測精度完全符合圖根測量的精度要求。而且RTK測量誤差分布均勻，不存在誤差積累問題。結(jié)果見表2。

3 ?結(jié)語

（1）RTK圖根控制測量與傳統(tǒng)的導(dǎo)線測量比較，RTK圖根控制測量自動化程度高，實(shí)時(shí)提供經(jīng)過檢驗(yàn)的成果資料，無需數(shù)據(jù)后處理。

（2）擁有在彼此不通視條件下遠(yuǎn)距離傳遞三維坐標(biāo)的優(yōu)勢，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠。

（3）精度達(dá)到圖根點(diǎn)等級要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題。

（4）GPS-RTK操作簡單，作業(yè)速度快，勞動強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動效率。

綜上所述， GPS-RTK測量的精度完全能滿足圖根控制測量的要求，與傳統(tǒng)控制測量比較，GPS RTK測量作業(yè)效率高，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，作業(yè)不受通視條件影響、單站測量控制范圍廣、操作簡單，能有效減少因地形復(fù)雜帶來的繁重工作量，顯現(xiàn)出RTK的作業(yè)優(yōu)勢。

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