GPS RTK技術在地形測量中的應用分析

摘要：RTK技術又稱載波相位動態實時差分技術，能夠實時地提供測量點在指定坐標中的三維坐標，并達到厘米級精度，通過對GPS RTK技術在控制測量、數字測圖等工程中的基本應用，對動態GPS的特性和使用方法有了進一步認識，該技術已廣泛應用于地形測量、控制測量、工程測量、航空攝影測量等諸多領域。

關鍵詞：GPS RTK技術；地形測量；方法；應用

需要測量小范圍地形圖時，控制就成為影響成圖速度的主要因素，而GPS RTK 技術的應用大大提高了作業效率，同時解決了工作中已知點不通視和長距離的導線測量帶來的誤差問題，其定位精度能滿足大比例尺地形圖測繪的要求，它既可直接采集碎布點，亦可作圖根控制點，并實時提供坐標數據。

1 GPS控制測量實例

在某測區5 km2，1：2000 地形測量中在進行碎部測量之前，需進行控制點的布設和測量。常規的地形圖測繪方法通常是首先在測區內布設控制網點，這種控制網點，一般是在國家高等級控制網點的基礎上加密成次級控制點，然后依據加密的控制點，布設圖根控制點。由于本次數字化測圖采用了GPS RTK 定位技術，不在需要布設常規測量控制網，只要通過GPS 靜態聯測國家點來測設控制點即可。所以我們首先收集到了3 個國家三等三角點，然后在測區的中部有房屋建筑地方選擇地勢較高的5 層樓頂，四周通視條件好，有利于衛星信號接收和數據鏈發射的地方，做GPS 靜態控制點，作為測區的首級控制點（基準站架設點），從GPS接收機中輸出的坐標是GPS 的WGS-84 橢球大地坐標中的經度，緯度與大地高，要得到測圖所用高斯平面坐標和正常高，必須進行坐標轉換，坐標轉換的主要流程如圖1.

2 RTK在控制測量中的應用

2.1 RTK使用的基本方法

RTK 技術通常由一臺基準站接收機和一臺或多臺流動站接收機以及用數據傳輸的電臺組成，在RTK 作業模式下將一些必要的數據輸入GPS 控制手簿，如基準站的坐標，高程，坐標系轉換參數，水準面擬合參數等；流動站接收機在若干個待測點上設置。基準站與流動站保持同時跟蹤至少4 顆以上的衛星，基準站不斷的對可見衛星進行觀測，將接收到的衛星信號通過電臺發送給流動站接收機，

流動站接收機將采集到的GPS 觀測數據和基準站發送來的信號傳輸到控制手簿，組成差分觀測值，進行實時差分及平差處理，實時得出本站的坐標和高程。

由于測區內建筑物密，通視困難，采用RTK技術優勢進行測量較為方便。所以基準站設置在測區的中部地勢較高的五層樓樓頂，符合基準站的架設條件，與已知點的距離在2.0 ～3.0 km 之間。采用兩臺雙頻GPS 接收機實時動態測量模式，流動站用支撐桿豎直（水平氣泡居中），點數應布設合理，RTK 電臺發射信號的覆蓋范圍一般為5 ～20km，當測區地形起伏較大時，可適當增設控制點數量，以確保基準站差分信號能覆蓋整個測區，為了方便測圖使用和便于RTK 測量等因素，盡量避開高壓線，高大建筑物，和樹林密集等對RTK 測量的影響，實在無法回避的地方，采用增加觀測時間，增加觀測次數的方法以提高觀測精度，由于GPS 并不需要點間通視，不必為通視的原因而搬好幾次站，即能提高效率，又能大幅度降低作業人員的勞動強度，大大減少了費用和測量時間，流動站僅需一次完成，單人即可獨立作業，也隨時產生相應的經濟效益。

RTK 控制測量時，首先用已知控制點建立投影的局部歸化參數，儀器將直接記錄坐標和高程，查看解算后每個控制點的水平殘差和垂直殘差。本次測量解算出兩坐標之間的轉換參數，水平殘差最大為±2.4 cm，垂直殘差最大為±0.5 cm。為了提高待測點的觀測精度，將天線設置在對點器上，觀測時間大于20 s，采用不同的時間段進行兩次觀測取平均值；機內精度指標預設為點位中誤差±1.5cm，高程中誤差為±2.0 cm；觀測中取平面和高程中誤差均小于±1.0 cm 時進行記錄。

RTK 點兩次觀測值坐標較差最大值為±2.7cm，最小值為0.4 cm。考慮到兩次觀測采用了同一基準站，觀測條件基本相同，可以將其視為同精度雙觀測值的情況，進而求得觀測值中誤差和平均值中誤差。觀測值中誤差為±0.9 cm，平均值中誤差為±0.6 cm（±0.9 √2）。這說明RTK 技術能滿足中華人民共和國國家標準《地質礦產勘查測量規范》中最弱點的點位中誤差（相對于起算點）不大于±10 cm 的要求。

3 RTK在數字測圖中的應用

3.1 利用RTK快速定位和實時得到坐標結果的特點

可以進行地形的碎部測量來代替常規的數字測圖。以一臺GPS 基準站，另一臺或幾臺移動的GPS 接收機分別開始進行碎部點測量，地形點的測量，可以在數據采集的功能下進行，也可以根據現場地形的實際情況進行測量設定，在測量管道中心線或道路邊線時可以設定按距離進行采集，距離可以人為設定，在勻速運動測量的過程中，可以設定按時間采集，時間間隔也可以人為設定。根據實踐經驗，1 個GPS 移動站的作業速度是1 臺全站儀的2～4 倍。利用RTK 采集野外碎部數據的大致過程為：啟動流動站開始測量并進行定點校正工作后，RTK 接收機便可以實時得到所需坐標系下的三維坐標地形點，并輸入每個地物點的特征編碼和繪制工作草圖，以備內業修圖使用，并檢查編碼輸入的正確性，采集完將數據格式轉換為“點號、東坐標，北坐標，高程”形式，保存到硬盤，使用Cass 軟件經過成圖處理，生成數字化地形圖。

地形點的采集可以單人作業，在建筑內或樹林稀少較為開闊的區域進行數據采集，發現RTK的采點速度相當快，由于初始化速度快（小于30s），并且在線運動過程中不失鎖，每個碎部點采集時間不超過2 s（含點位代碼輸入），因此，采點速度幾乎等于走路的速度，可以充分發揮RTK 快速高精度定位的優勢。

也可以在作業中采用RTK 測量模式的優勢，準確快速地建立圖根控制點在圖根控制點上由全站儀配合電子手簿進行碎部點的數據采集，該法不像常規導線測量那么煩瑣，受地形的限制，也不用支儀器設站，從而減少了因多次設站帶來的測量的累計誤差，提高了全站儀碎部點采點的點位絕對精度，使地形測量方便快捷，大大提高了地形測量的工作效率，在地形圖測量應用中，均取得了很好的效果。

3.2 動態RTK測量的流程

動態RTK 測量的流程如圖2。

4 數字化成圖

打開軟件，改變圖形比例尺為所需比例尺，讀入數據功能將數據文件名輸入，然后根據外業所繪草圖及記錄，進行人機交互編輯，連線成圖，對個別獨立地物進行單獨編輯，可見繪制有清晰完整的工作草圖是保證數字成圖質量的一項有效措施，此外，生成和修整等高線也是數字化地圖不可或缺的主要任務之一，勾繪等高線有2 種方法，（1）、軟件依據測點自動生成，該法所繪等高線有時會有所失真或錯誤，在山區地貌不是十分復雜，地物不多的情況下非常實用，（2）、手工繪制等高線，此法相對比較繁瑣，實踐證明：結合兩種方法，先通過軟件自動生成等高線，再利用手工修整效率較高，可畫出非常漂亮的等高線。

5 實地檢查及精度分析

待所有外業工作完成后，進行實地檢查，首先檢查點位精度，測量出相鄰已知點的距離，與已知資料相比較，誤差小于圖上0.1 mm，說明精度符合要求，其次進行地物、地形的檢查，對于漏測的地物要及時進行補測，對于一些特殊地物的連接關系進行詳細檢查，發現有誤及時更改，地形點要與所繪等高線相一致，根據地質礦產勘查測量規范，各等級三角點（導線點）GPS 點的高程，采用水準、

光電測距高程導線、GPS 高程測定或三角高程測定，其高程中誤差不得大于1/20 等高距。要求圖根點對于最近控制點（三角點、導線點、GPS 點）的平面位置中誤差不得大于圖上0.1 mm，對鄰近水準點、基本控制點的高程中誤差應不大于1 /10 等高距。完全滿足精度要求，碎部點對于臨近圖根點平面位置中誤差不大于圖上016 mm，同樣滿足精度要求。

6 幾點體會

（1）RTK 技術能夠實時地提供測量成果，操作簡便，靈活方便，工作狀態穩定，能快速、準確地測定圖根點，碎步點的坐標和高程，實時提供精度可達厘米級，不需要分級布網，可以大大減少生產成本，減輕作業員的勞動強度，提高測量速度和效益。

（2）應根據測區的實際情況選擇合適的坐標轉換參數求解方法。參與坐標轉換的已知點應在3 個以上，且分布均勻，測量過程中，盡可能地檢測一定數量的測區內和相鄰的控制點，以發現異常情況，并剔除原控制網的粗差點，便于做好與已有地形圖或工程項目的接邊工作。

（3）測量時需采用一些方法來提高測量精度。如延長測量時間，架設對點器，選擇有利觀測時間，增加觀測次數或改變基準站等。同精度兩次測量的較差取3cm 以下為宜。

（4）在城市和山區樹木較少的地形測量中，GPS-RTK 技術可以替代全站儀進行圖根導線測量，所測范圍內在不通視的條件下測定無累積誤差的圖根點，使測圖所需圖根點的數量在滿足要求時可多可少，機動靈活，而且移動點至基準點的距離可以很長（最好不要超過10 公里）。

（5）如輔助相應的軟件，RTK 可與全站儀聯合作業，充分發揮RTK 與全站儀各自的優勢。

參考文獻

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