地形圖測量中RTK定位技術的運用

鄭州市市政工程勘測設計研究院 韓遂寧

河南測聯科技有限公司 張 軍

地形圖測量中RTK定位技術的運用

鄭州市市政工程勘測設計研究院 韓遂寧

河南測聯科技有限公司 張 軍

本文闡述了關于RTK定位技術的相關原理，說明在地形圖測量中，利用RTK定位技術可實時得到準確的坐標，并達到厘米級精度，在外業測量中大大縮短了時間，提高了生產效率，節約了費用。

地形圖測量 RTK測圖 RTK原理 基準站 流動站

一、RTK原理

RTK定位技術即實時載波相位差分技術，是實時處理兩個測點載波相位觀測量得差分方法。它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，并達到厘米級精度。載波相位差分方法有兩類：第一類是修正法，即將基準站的載波相位修正值直接發給流動站，改變流動站接受到的載波相位，然后求解流動站的實時坐標，該方法初始化速度慢，定位精度稍差，稱為準RTK技術。第二類是差分法，即求解起始相位整周模糊度，又稱RTK初始化，然后再進行實時差分，是真正的RTK技術。差分法要求基準站GPS接收機實時的把觀測數據及一直數據傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到4顆或以上衛星后，可實時求解除厘米級的流動站位置。

二、RTK測圖

本文以在鄭州市北環與中州大道1∶500地形圖實踐為例，結合實際情況介紹了RTK技術在地形圖測繪中的應用。

1. 測區概況。該測量工程位于107國道(中州景觀大道)——北三環路與鄭東新區交界處，東西長2.3公里，南北長1.7公里，沿立交橋規劃紅線外100米為測量范圍，面積為1.47平方公里。

該區域屬東西、南北交通交匯處，車輛多、噪音大、車速高，給測量工作帶來了較大困難。整個測區地勢平坦，屬黃河沖積平原，自然坡度在1—2%，地面標高在84—99米之間，現狀107國道、北三環路兩側為城市綠化地；區域東部有軍事管理區，進入困難；區域東部森林公園內樹木密集、枝繁葉茂、覆蓋率占90%以上；農貿市場大貨車亂停亂放，通視條件極差；小型倉庫、工廠、維修場所建筑物極不規矩、隨意搭建；地下管線交錯復雜、調查難度大。綜上所述地形困難程度定為II類。

2. 已知測繪資料。該區域已收集到甲方提供的L1—2、L2—2、L3—2控制點，這些點均系1954年北京坐標系，3度帶測量成果，帶號為38度帶。點位保存良好，可作為本測區平面控制測量起算數據使用。

3. 作業依據。結合本工程的實際要求和特點，以《全球定位系統GPS測量規范》、《國家三，四等水準測量規范》、《城市測量規范》、《市政工程堪測規范》、《1∶5001∶1001∶200地形圖圖式》、《測繪產品檢查驗收規定》等規范的要求和項目合同書中的有關特殊要求，作為工程項目具體實時的依據。

4. 儀器設備及人員安排。拓普康Hiper-GD型GPS接收機3臺，測圖軟件CASS7.0兩套。組織兩組，每組2人，1人操作儀器，1人繪草圖。

5. 外業數據采集。利用已知資料進行了測區內的平面及高程控制網的布設、觀測和平差解算工作。在以上控制成果的基礎上，對測區內部分區域利用RTK進行地形圖測繪。

（1）基準站的架設。基準站的正確安置是順利實施RTK的關鍵之一，在架設時應注意以下幾點：

1）視野開闊，周圍無高度角超過10°的障礙物；2）須遠離大功率天線發射源，并遠離高壓輸電線路；3）附近不得有強烈干擾衛星信號的物體；4）周圍無GPS信號反射物，以減少多路徑誤差；5）能方便的發播或傳送差分改正信號；6）便于安置接收機和人員操作；同時，基準站與流動站的間距應考慮GPS發射電臺的功率和覆蓋能力，應盡量架設在相對較高的位置，以獲得最大的數據通訊半徑。

（2）基準站設置。在已知點上架設好GPS接收機和天線，輸入基準站的WGS-84坐標和BJ54坐標、天線高，待基準站電臺指示燈顯示發出通訊信號后，流動站即可開展工作。基準站接收機接收到衛星信號后，由衛星星歷和測站已知坐標計算出測站至衛星的距離ρ真距，用觀測量ρ偽距與計算值比較，得到偽距差分改正數△ρ=ρ真距-ρ偽距.偽距差分改正數和載波相位測量數據經傳輸發射電臺發送給流動站，一個基準站提供的差分改正數可供接收到基準站信號的數個流動站使用。

（3）流動站工作。通過手簿建在輸入其他至少兩個已知控制點的WGS-84坐標和BJ54坐標，并求解坐標轉換參數，用其中一個點進行校正。流動站接到GPS衛星信號的同時，也接收到由數據通訊電臺發送來的偽距差分改正數和載波相位測量數據，這個過程所需時間不到1min，只要接收到四顆及以上衛星和基準站的信息，測量人員即可在短時間內獲知所測點的三維坐標。

6. 碎部點數據采集。采用RTK技術進行測圖時，選擇“測量/點測量”，進入點測量功能。進行單點測量，并顯示測量過程。架設好基準站后，在點位精度合乎要求的情況下，僅需一人攜帶流動站在待測的碎部點上呆一兩秒鐘，并同時輸入特征編碼，通過電子手簿或便攜式電腦記錄，在地形較復雜的情況下，最好是現場畫出草圖，以便內業時編圖。

7. 內業數據處理。當天外業采集數據應及時進行內業的數據處理并編輯成圖，以免遺忘影響成圖的準確性或返工重測。

（1）RTK數據下載：①利用Topcon的FC-1000手簿將外業觀測數據導出到手簿的硬盤上。利用MicrosoftActivesync軟件將手簿與計算機連接，將導出的數據復制到計算機上，得到*.txt數據文件。②利用MicrosoftOfficeWord2003將*.txt數據文件轉換為CASS7.0的默認格式的*.dat數據文件。③在CASS7.0將*.dat數據文件導入，進行成圖編輯。

（2）繪制地形圖：打開CASS7.0，新建文件并輸入圖形比例尺1∶500，啟動展點命令，將*.dat數據文件輸入，然后根據外業所繪草圖，人機交互編輯，利用CASS7.0提供的圖式符號庫進行相應外業點的繪制和連線。對于一些與地形圖規范要求有差別的地方需要作編輯處理。

8. 精度分析。根據測圖規范要求，圖根點對于最近控制點的平面位置中誤差不得超過圖上±0.1mm，換算成實地點位中誤差為5cm。RTK測點點位中誤差為±1.5cm~±2cm,完全滿足精度要求。

三、結論

1. 避免粗差：徹底擺脫了由于粗差或傳統作業方式中人為誤差造成的重返工，提高了GPS作業效率。大大縮短了工期。

2. 作業效率高：進行地形測量，每小組每天可以完成0.8～1.5km3的地形圖測繪，其精度和效率是常規測量所無法比擬的。

3. 測量精度高：實時動態顯示經可靠性檢驗，可獲得厘米級精度的測量成果。

4、點位精度分布較均勻：每個點的誤差均為隨機產生，不會像傳統測量產生誤差積累，成果可靠。