GPS-RTK技術聯合全站儀在數字測圖中的應用

摘 要:討論了GPS和RTK在數字化測量方面的應用及兩種技術在不同條件下的互補。聯合全站儀的應用，提高了測量效率和粘度。

關鍵詞:GPS-RTK全站儀擬合數字測圖

中圖分類號:TM932文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(c)-0118-01

隨著GPS系統在硬件上的飛速發展，以及差分解算技術的逐步改善，GPS-RTK技術上越來越成熟，獲得的數據的可靠性有較大提高，已經被廣泛應用到數字化測圖中。采用GPS-RTK定位技術，進行數字化測圖，可以在大范圍內進行控制測量，彌補了全站儀控制測量范圍較小的局限性。GPS-RTK不僅提高了測圖的效率和精度，而且測站之間無需通視，同時提供三維坐標，觀測時間短，自動化程度高，遇到緊急的測圖任務時，甚至可以全天候作業，可在任何地點、時間，連續作業，不受天氣情況的影響。它打破了分級布網，逐級控制的原則。這些優勢來克服全站儀的不足，同時用全站儀的優勢來解決RTK作業受衛星狀況限制，高程異常，和穩定性的問題。達到互補，減少誤差，提高效率，保證數字測圖質量的目的。

1 RTK的工作原理

GPS-RTK是GPS差分解算技術發展到一定階段的必然產物。它是以載波相位觀測量為依據的實時差分GPS測量技術。由一個基準站和若干個流動站、通訊系統組成，對于流動站來說，它不僅要采集GPS觀測數據，同時，通過通訊系統，接收來自基準站的數據，并在系統內組成差分觀測值，實時處理，給出厘米級的定位成果。流動站可以靜止不動，經過一段時間的觀測，可以獲得與基準站之間的基線，亦可運動，實時獲得各個地物點的三維坐標或者運動的軌跡信息。

2 RTK控制測量

對于常規數字測圖來說，首先要進行控制網測量，聯測國家控制點，無疑，對于全站儀來說，工作量是非常巨大、耗時的。用到GPS-RTK技術，可以直接通過靜態方式聯測國家控制點，獲得準確的坐標。由于兼顧用到全站儀，所以在選點時，要注意以下兩個問題:(1)控制點要選在地勢較高，有利于接收衛星信號的地方，同時要避開高壓塔，通訊塔等，防止信號受到干擾。還要遠離大面積水域，避免多路徑反應。(2)控制點的布置盡量均勻，使測量的數據精度水平接近。對于樹木、房屋較多的地區，可適當加密控制點，便于使用全站儀測量。

3 RTK碎部測量及坐標轉換

對于RTK來說，既可測量圖根點，也可進行碎部數據的采集，對于地勢較平坦，四周無明顯遮蔽物，且不存在較高建筑的情況下，可使用RTK快速作業。利用RTK進行碎部測量，可以不必畫草圖，碎部點的記錄存在特定的格式，這種格式存儲有點名、編碼，能被數字測圖軟件所識別，在進行圖形編輯時就能被處理，在野外可實現一人一流動站的作業模式，同全站儀相比，節省了大量人力。設置基準站時，并不一定非要架設在控制點上，它可以袈設在任意地勢開闊的地方，將儀器調平即可，通過流動站校正控制點，實現坐標數據的校正。此外，在流動站中，還要輸入求解的坐標轉換參數，取決于所要上交的地形圖的坐標系統。參數分為四參數和七參數，一般來說，四參數的求解相對簡單，作用的距離也有限，根據經驗，一般在4km范圍之內，適用于小范圍的地形測量任務。大多數的RTK系統都采用四參數進行實時轉換，距離較遠時，則要控制RTK的作用距離，減少尺度誤差。對于大面積的地形測量來說，應該選用七參數進行坐標轉換，它需要至少三個公共點。它的特點是作用范圍比較大，方便基準站的任意選擇，在使用過程中測量精度相對穩定，精度也很高。

4 GPS高程擬合

GPS所測得的高程是相對于WGS-84橢球面的大地高，而我國采用的是正常高系統，它是相對于似大地水準面的高程系統，兩間之間存在差異。地面點的正常高與大地高存在如下關系。

H(正常高)=H1(大地高)—(高程異常)

由此可知，為了求解正常高，就必然要解算高程異常，可高程異常值在各個地區是不等的，這時，采取在GPS網中布設一定數量且均勻分布的點，經過水準測量測得其正常高，然后將這些公共點進行數值擬合，以求得各個點的正常高。根據不同的地形起伏狀況，采取不同的擬合方程式。

5 全站儀測量碎部點

對于GPS接收衛星信號不太好的地區，例如高樓林立的街道，就要采用全站儀進行碎部測量，與GPS-RTK優勢互補。全站儀是把測距、測角和微機處理芯片結合在起來形成一體化的測量儀器，它能夠實現自動控制測距、測角、自動計算水平距離和高差等，同時，又可實時地顯示所測得的坐標，方位角等。其內部集成了很多實用的測量程序，例如懸高測量、自由設站、后方交會、前方交會等。利用全站儀進行數字測圖時，主要是通過極坐標法獲得碎部點的坐標，工作原理為以測站為中心，利用已知方向定向，測量至目標點的距離和角度，通過內部的處理芯片，計算出目標點的坐標。對于極個別通視條件不太好的地區，可以采用自由設站，但在一站內至少要觀測兩個控制點。通常習慣上儀器至后視點的距離要比儀器至地物點之間距離要長一些，達到長邊控制短片的目的。野外采集碎部點時，要繪制人工草圖，在草圖上記錄各個點之間的聯系，以及地物、地貌的屬性信息。有時在外業時，不方便聯測控制點，可以先采用假定的坐標系統和假定的高程系統進行測量，然后通過參考GPS所測的控制點坐標來校正、轉換所測得的數據。打破了“先控制，后測量”的原則，為外業節省了大量時間。它的主要缺點是要求前后通視，受地形的影響大；還要建立足夠密度的控制點，投入大，作業量大，外業作業時間比較長。

6 聯合測量

利用RTK與全站儀聯合測量，作業分為兩個部分:(1)利用RTK測量控制點，大量的經驗表明，RTK技術測量控制點完全滿足數字測圖的精度要求，它不但能夠實時地知道定位結果，查看定位精度，而且對于大范圍的控制測量，精度更加可靠。隨著范圍的增大，GPS做控制測量的優勢更加明顯。(2)利用GPS-RTK和全站儀進行碎部點測量，這樣，不但能夠利用RTK解決全站儀前后通視的問題，還能夠利用全站儀克服RTK在局部地區接收信號不好的弊端，避免了單獨使用全站儀或者RTK作業的局限性。有時，為了檢測GPS所測數據的可靠性，還要用全站儀對其數據進行抽查，保證提交的作業成果質量。

本文是在已有的有關全站儀和GPS-RTK技術應用成果的基礎之上，加上大量的實踐經驗，對GPS-RTK與全站儀的聯合應用作了進一步總結，重點研究了它們各自的特點，以及聯合的方式及原因，探討了全站儀與GPS-RTK聯合作業的可行性及優勢。在實際野外測量時，聯合使用RTK和全站儀，可以解決實際問題，提高工作效率，降低生產成本。

參考文獻

[1]潘正風，楊正堯.數字測圖原理與方法[M].武漢:武漢大學出版社性，2003.

[2]劉基余.GPS衛星導航定位原理與方法[M].北京:科學出版社，2003.