GPS-RTK技術(shù)在地形圖測繪中的精度分析

王安康

◆摘? 要：隨著測繪的發(fā)展，地形圖測繪逐步邁向全數(shù)字化、自動化?，F(xiàn)以泗縣墎集鎮(zhèn)地形圖測繪為研究背景，這種GPS-RTK新方法不僅節(jié)約了人力，而且加快了測圖的進(jìn)度，在整個(gè)測圖過程中，本文就GPS-RTK測量精度問題進(jìn)行了論證。

◆關(guān)鍵詞：GPS-RTK;精度分析

1 測區(qū)概況

墎集鎮(zhèn)位于泗縣東南部（東經(jīng)117°60′，北緯33°55′），距離縣中心約10km，東于江蘇泗洪交界，南與五河相鄰，全鎮(zhèn)總面積9400m2，東部丘陵崗地，中西部是平原，此地區(qū)屬暖溫帶半溫潤季風(fēng)氣候，四季分明，該鎮(zhèn)交通便利，房屋居住緊湊。境內(nèi)南部有許多自然景觀奇石，中部緊靠石梁河（楚漢相爭的西楚霸王城），據(jù)《泗縣志》記載，楚漢相爭時(shí)霸王駐兵于此，是士兵堆成了這座城池。泗縣墎集鎮(zhèn)能完全體現(xiàn)出安徽北方地形特點(diǎn)（山地偏少，大多平原）。

2 GPS-RTK簡介

2.1GPS-RTK系統(tǒng)組成

GPS-RTK 系統(tǒng)又稱為實(shí)時(shí)動態(tài)測量系統(tǒng)，是GPS測量技術(shù)的新一步突破，所達(dá)到的測量精度可觀（測區(qū)信號好），一般GPS-RTK由GPS接收裝備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和軟件解算系統(tǒng)三部分組成。

2.2GPS-RTK 測量原理

GPS-RTK測量原理是先架設(shè)基準(zhǔn)站（將相關(guān)數(shù)據(jù)輸入GPS手簿中），接著設(shè)置流動站，基準(zhǔn)站接收機(jī)觀測到的數(shù)據(jù)通過編碼和調(diào)試，將由電臺發(fā)出，而移動站接收機(jī)觀測數(shù)據(jù)的同時(shí)，也將接受由電臺傳出的信號，經(jīng)過解調(diào)和平差處理，控制手簿將會得到本站的數(shù)據(jù)以及精度，一旦精度達(dá)到要求，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存。

2.3GPS-RTK 測量方式

GPS-RTK 測量的方式有兩種，第一種是將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)上，而第二種隨意架設(shè)，但地勢比較高的地方，兩者方法互相比較可看出，第一種方法局限性強(qiáng)，并且點(diǎn)位精度要求高，而第二種方法比較靈活，也有利于接收衛(wèi)星信號。

2.4GPS-RTK 測量優(yōu)缺點(diǎn)

隨著測繪的迅速發(fā)展，GPS-RTK系統(tǒng)也日益完善，優(yōu)點(diǎn)也越來越多，例如：耗時(shí)短、測站間無需通視、全天候、測量精度高、攜帶方便、易操作等。但是利用GPS-RTK 進(jìn)行測量時(shí)，如果遇到信號不佳或者測區(qū)樹木多等其他因素遮擋，GPS-RTK的測量精度偏低，無法滿足精度要求（浮點(diǎn)解），本文對精度問題進(jìn)行分析。

3 GPS靜態(tài)控制測量

3.1GPS控制網(wǎng)精度標(biāo)準(zhǔn)及分級

由于控制網(wǎng)的用途不一樣導(dǎo)致了各類GPS網(wǎng)的精度要求不同，用與城市或工程的GPS控制網(wǎng)可根據(jù)相鄰點(diǎn)的平均距離和精度分為二、三、四等和一、二級。

3.2布網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

由于網(wǎng)形用途不一，一般有4種基本形式，依次為點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式、邊點(diǎn)式?；谏鲜龇治鰩最愋?，再結(jié)合測區(qū)的特點(diǎn)，本文采用邊連式的E級控制網(wǎng)，使用GPS中海達(dá)三臺，根據(jù)“先整體，后局部”的原則進(jìn)行布設(shè)控制網(wǎng)，且分布均勻，在此基礎(chǔ)上，利用GPS-RTK技術(shù)布設(shè)圖根控制點(diǎn)。

3.3控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)、選點(diǎn)、埋石

3.3.1導(dǎo)線網(wǎng)的布設(shè)符合的規(guī)定

（1）控制點(diǎn)要求分布均勻，且方便GPS-RTK進(jìn)行加密;

（2）觀測時(shí)應(yīng)該按照表4的基本要求;

（3）為得到某個(gè)GPS點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，應(yīng)于原有控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測（保持在同一參考坐標(biāo)系下進(jìn)行），聯(lián)測的總數(shù)不得低于3個(gè)。

3.3.2選點(diǎn)位的基本要求

（1）點(diǎn)位易于架設(shè)儀器，便于施工;

（2）地基狀況良好，不易被人發(fā)現(xiàn)和破壞，易于永久保存;

（3）周邊視野開闊，四周無障礙物;

（4）點(diǎn)位要遠(yuǎn)離高大地物和地貌，距離大于300m;

（5）遠(yuǎn)離周邊大面積水域或反射電磁波的物體，以免受到影響。

3.3.3埋石規(guī)定

（1）埋石采用現(xiàn)場混泥土灌制，或者用花崗石、青石等堅(jiān)硬石料制作，須符合相關(guān)規(guī)定;

（2）利用舊點(diǎn)時(shí)，檢查是否符合同級GPS點(diǎn)的埋石要求;

（3）埋石時(shí)要注意隱蔽，防止被人破壞;

（4）埋石結(jié)束后，應(yīng)該上交相應(yīng)資料;

（5）由于不同的精度要求和埋點(diǎn)條件。

3.4GPS靜態(tài)觀測與記錄

3.4.1外野操作

（1）架設(shè)儀器及安裝接收天線等（對中整平），量取天線高（三個(gè)方向量取并且取平均值）;

（2）開機(jī)（按住電源開關(guān)按鈕，至到指示燈亮?xí)r為止）;

（3）觀察接收狀態(tài)。在接收機(jī)工作期間，看數(shù)據(jù)記錄指示燈是否正常，是否有人為或者其他因素的破壞，發(fā)生異常情況要記錄下來;

（4）關(guān)機(jī);

（5）收儀器（防止粗心大意，導(dǎo)致儀器漏收現(xiàn)象）。

3.4.2技術(shù)要求

（1）在觀測前要校準(zhǔn)光學(xué)對點(diǎn)器（每天2次），檢查是否有異常;

（2）對中時(shí)，要保證對中誤差在3mm以內(nèi)，天線定向標(biāo)志線指北，在量天線高時(shí)，選擇三個(gè)方向進(jìn)行，當(dāng)差值大于3mm時(shí)，再次進(jìn)行對中和重新量取，反之，取平均值;

（3）每時(shí)段觀測前后各量取天線高一次，取位到1mm，兩次較差不大于3mm，如果超限，查明原因。

3.5數(shù)據(jù)處理與精度分析

靜態(tài)數(shù)據(jù)處理

本文利用Trimble Geomatics Office（TGO）軟件進(jìn)行基線處理，步驟如下：

（1）轉(zhuǎn)換格式。將GPS采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RINEX格式并保存;

（2）新建項(xiàng)目。輸入項(xiàng)目名和保存路徑;

（3）導(dǎo)入數(shù)據(jù)。將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)導(dǎo)入到TGO軟件中;

（4）檢查和修改外業(yè)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入軟件前應(yīng)檢查天線高、點(diǎn)號和天線類型等，防止出錯(cuò);

（5）基線解算。

（6）基線質(zhì)量控制，解算的質(zhì)量需要進(jìn)行評估，如果評估不合格，將進(jìn)行重新解算（重新解算不合格就要進(jìn)行重新測量），質(zhì)量評估指標(biāo)有RMS、RDOP、同步環(huán)閉合差等;

（7）進(jìn)行網(wǎng)平差;軟件會自動進(jìn)行約束平差和無約束平差，宿州泗縣墎集鎮(zhèn)的中央子午線為117°。

（8）根據(jù)測量要求，轉(zhuǎn)換成當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系（北京54坐標(biāo)系）。

4 GPS-RTK定位精度研究與分析

4.1實(shí)驗(yàn)法評定精度

4.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

由于GPS-RTK技術(shù)運(yùn)用到地形圖測量是一種新的技術(shù)，有很大應(yīng)用潛力，但是精度一直是備受關(guān)注，為了評定GPS-RTK測量精度問題，本文將進(jìn)行幾組實(shí)驗(yàn)，從而也驗(yàn)證了本文數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.1.2實(shí)驗(yàn)思路

本次實(shí)驗(yàn)選取12個(gè)點(diǎn)，其中9個(gè)點(diǎn)是本文的控制點(diǎn)（點(diǎn)位信號好，空曠），而另外3個(gè)點(diǎn)是信號差的點(diǎn)位，將水準(zhǔn)測量測得的高程、全站儀測量的坐標(biāo)和GPS-RTK采集的坐標(biāo)進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證GPS-RTK的精度問題。

4.1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）GPS-RTK測量

儀器：中海達(dá)V8;數(shù)量：2臺;精度要求：平面10mm+1ppm;高程：20mm+2ppm。

（2）水準(zhǔn)測量

儀器：DSZ2型自動安平水準(zhǔn)儀。

（3）平面測量

儀器：BTS-6082全站儀

4.1.4水準(zhǔn)測量

（1）方法與步驟

以TP5點(diǎn)的高程18.97m做為起點(diǎn)，高程基準(zhǔn)采用85國家高層基準(zhǔn)，最后再次閉合到TP5，如下所示：TP5→TP7→TP4→TP8→TP5→TP2→TP1→TP9→TP6→G c1→Gc2→Gc3→TP5，最后平差得到各點(diǎn)的高程，再和RTK測量的高程比較，從而驗(yàn)證RTK高程精度，本文按國家三、四等水準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)一規(guī)定

4.1.5動態(tài)GPS-RTK測量

（1）本實(shí)驗(yàn)將在未知點(diǎn)上架設(shè)基準(zhǔn)站，分三次測量（平滑10次），取平均值;

4.1.6平面測量

利用全站儀結(jié)合本文做的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行測量：

4.1.7數(shù)據(jù)比較

（1）動態(tài)RTK與水準(zhǔn)測量比較，如表16：

（2）動態(tài)GPS-RTK與靜態(tài)GPS測量比較，如表18：

4.2計(jì)算中誤差法評定精度

由實(shí)驗(yàn)法可以看出在測量條件極差的情況下，測量誤差特別大，中誤差計(jì)算將剔除Gc1、Gc2、Gc3三個(gè)點(diǎn)，基于上述實(shí)驗(yàn)，可得下表19：

4.3結(jié)果分析

由表14和表16可知：測區(qū)條件良好的條件下GPS-RTK測量成果與水準(zhǔn)測量的差值結(jié)果在10mm至48mm之間， GPS-RTK測量成果與水準(zhǔn)測量的差值結(jié)果在10mm至47mm之間，而且點(diǎn)位最大中誤差為3.00。在測區(qū)條件不好的情況下，GPS-RTK采集的碎步點(diǎn)誤差特別大，無法滿足測量精度要求。

5 結(jié)論

目前GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用于地形圖測繪越來越廣泛。這種技術(shù)不但打破了傳統(tǒng)測繪的繁瑣和耗時(shí)，而且還降低了測繪過程中的人力和物力，但是如果遇到信號不佳或者測區(qū)樹木多等其他因素遮擋，GPS-RTK的測量精度偏低，無法滿足精度要求（浮點(diǎn)解）。

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