GPS RTK技術在數字測圖中的應用

賈安峰

【摘 要】本文主要介紹了利用GPS 動態RTK技術在大比例尺數字化測圖中的應用。通過實際作業過程，證明利用該技術能完成大比例尺數字化測圖工程，滿足測量規范要求，而且較傳統斷面測量方法減少了野外作業時間，節省了人力，可提高工作效率。

【關鍵詞】GPS RTK；數字化測圖；轉換參數

0 引言

隨著GPS（Global Positioning System，GPS）定位技術的不斷發展，其應用領域不斷擴大，特別是RTK（Real Time Kinematic）實時定位技術的發展，因其操作快捷、直觀、定位精度高、實時性強、自動化程度高、點位誤差不累積等優點，被廣泛應用于控制測量、施工放樣、變形監測、地形（地籍）測圖等諸多領域中。本文就動態RTK定位技術直接用于大比例尺數字化測圖的碎部測量應用做一簡單的介紹。利用動態RTK定位技術測定每一碎部點的三維坐標的優越性，可省卻圖根加密甚至圖根控制直接進行碎部測量。其作業不受天氣、地形、通視條件的限制，常規儀器數字測圖一般需要3-4人，而利用動態RTK技術測圖只需1-2人。因此這種方法可推廣使用。

1 GPS RTK工作原理

GPS是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統，其利用三顆以上衛星的已知空間位置可交會出地面未知點的位置。GPS RTK定位技術是基于載波相位觀測值的實時動態定位技術。它需要一臺基準站接收機和一臺或多臺流動站接收機，以及用于數據傳輸的電臺。在RTK作業模式下，基準站（也稱參考站，其坐標精確已知）接收機借助電臺（通常稱為數據鏈）將其觀測值及坐標信息，發送給流動站接收機；流動站接收機將自己采集的GPS觀測數據和接收來自基準站的數據，組成差分觀測值進行實時處理，求得其三維坐標（X、Y、Z）。

RTK 技術的優點：（1）測量效率高。一般情況下，RTK一次設站即可完成5km半徑的測區，可直接進行地形圖碎部測量，移動站一人操作即可測圖，減少了作業人員的數量，加快了作業速度、提高了工作效率；（2）測量精度高。在一定的測區范圍內，RTK的測量誤差不會積累，平面精度和高程精度都能達到cm級；（3）全天候作業。和傳統測量相比，RTK測量受通視條件、能見度、氣候、季節等因素的影響和限制小，在地形條件復雜和通視環境不好的測區，只要能滿足RTK的基本工作條件，就能進行快速高精度定位，使測量工作更快更好的完成；（4）RTK測量自動化、集成化程度高，數據處理能力強。

對于一定區域內的工程測量，我們往往利用以往的控制點成果求取“區域性”的轉換參數，理論上削弱了變形影響，提高了轉換的可靠性。基準站的WGS84坐標的獲得方法有二種：一是，使用已有的靜態數據，直接將控制點的WGS84坐標和地方坐標輸入手簿直接求取；二是，使用上點采集的方式獲取，此種方法是在無WGS84成果的情況下使用，具體做法如下：基準站的WGS84坐標直接從手簿中讀取，然后將流動站安置于控制點上采集WGS84坐標，每次測量前總要先對測區進行點校正（WGS84地心坐標與獨立坐標間的轉換）。即測前應在測區邊沿選擇三個或更多分布均勻的控制點進行點校正，求解坐標轉換參數。測量時應以其它已知控制點作為檢核，當檢核精度滿足擬測量等級時，方可開始正常作業。

2 實例應用

2.1 測區概況

本次工程為鄭州市需修建某道路而進行設計測量工程，位于鄭州市東南方向，地處黃河南岸，嵩山山脈與黃河階地的交匯地帶，為黃河二級階地。工程區域內多為耕地，有少量房屋，地形較為平坦，自西南向東北傾斜，地面自然坡度小于1.0%。道路全長3.5公里，紅線寬度60米，按工程要求需測量1：500帶狀數字化地形圖。

2.2 測前準備工作

搜集測區附近已知測量成果，必要時進行測區踏勘，準備規劃資料，檢查規劃數據是否齊全正確，準備及檢查所需測量儀器，做好測量計劃。

2.3 市政工程測圖的要求

市政工程對測圖提出了一些要求：（1）各類建筑物、構筑物及其主要附屬設施均進行了測繪，房屋外廓以墻角為準。建筑物、構筑物輪廓凸凹在圖上小于0.1mm時，用直線連接。獨立地物能按比例尺表示的實測外廓，填繪符號；不能按比例尺表示的，準確表示了其定位點或定位線；（2）各線狀地物，如管道、高低壓線、鐵絲網等實測其架墩或電桿的位置。公路及其附屬物按其實際形狀測繪，特別是路邊的廣告牌、標牌、路標、彩門、路燈等市政設施均按要求表示。路中隔離帶不論鐵欄、水泥欄均用欄桿符號表示。公路里程碑實測其點位，并注明里程數；公路在圖上每約0.04m及地形起伏變換處、橋涵等構筑物處均測注高程點；（3）水系及其附屬物按實際形狀測繪，河流測出河底高程并標明了水流方向；（4）植被的測繪按其經濟價值和面積大小適當進行了取舍。路邊的行樹、花壇詳細進行表示，行樹的起止位置進行實測。

2.4 施測過程

為滿足市政工程測量的要求，先對測區進行四等水準控制，沿測區布設一條四等水準線路。注意埋石或留點盡量不要選在大樹下、高樓旁等影響GPS信號的地方。

本次作業采用TOPCON Hiper 2臺1+2配置，在測區附近的開闊處或房頂架設基準站，連接好電臺，新建一個作業090319，選擇好各項設置及電臺頻道，然后進行自動定位，這樣就完成了基準站的設置。檢查流動站電臺信號，若其為固定解即可進行點校正，平面控制點最少要校正三個，滿足測量精度即可，高程可根據布設的四等水準點盡量多校正。如果能確定控制點都正確，也可邊測圖邊校正。測圖時可以采用點號配合草圖法成圖或采用編碼法成圖，本次作業采用編碼配合草圖法成圖，對獨立地物和簡單的線狀地物施行編碼法，對復雜的地物地形畫草圖。如果遇到GPS信號不好處，可直接做好圖根控制點再用全站儀進行測量。

2.5 施測過程中應注意的問題。

首先，在采用GPS架設基準站時，基準站架設應選在視野開闊處，例如遠離高大樹木、水面、高層建筑物下，避免產生多路徑效應，影響測量質量；其次，基準站與流動站電臺頻率要保持一致，同時還應注意避開測區附近其他儀器的頻率；最后，參與轉換的水準高程點應盡量多且均勻分布在測區內。

2.6 內業處理

利用數字化成圖系統軟件對外業采集的數據處理，本次作業采用南方數碼科技公司研發的CASS7.0 軟件，首先對其進行用戶化優化，在這里著重介紹一下編碼的用戶化。只要野外操作碼的定義能滿足軟件的編碼規則外，就要遵循簡練，便于操作和記憶的原則。本次作業因只有獨立地位和簡單的線形地位運用編碼成圖，這樣就用不了太多的編碼，利用A-Z和0-9單個字母或數字就能把常用的地形地物描述完全。編碼只輸入單個字母或數字，這樣就加快了輸入速度，提高了作業效率。因個人習慣不同這里不再一一列舉常用地物編碼。

首先把GPS的所測數據導出，然后進行坐標數據格式的轉換，然后就展點號和高程點同時選擇成圖比例尺，利用編碼使獨立地物直接成圖，對復雜的地物根據草圖進行連接編輯成圖。最后加注方格網和根據需要進行分幅，根據測圖的用處進行其他的編輯注記等處理。

2.7 精度分析

在平面控制中，GPS精度能夠滿足其要求，目前已被廣泛的采用，這里不在討論，只對其高程進行簡單的說明。本次校正求參作業不但使用了測區外的4個控制點的平面和高程，而且還使用了四等水準線上的部分高程點。為了檢核GPS RTK所測高程精度，對測區內沒有參與高程擬合的四等水準點進行采集，并與其進行比較，

在表1中，HD表示水準高程，GD表示RTK實測的高程。從表1可看出，二者互差很小，最大絕對值為0.022m，最小絕對值為0.004m，經統計，其中誤差為0.017m，從以上結果可以看出GPS RTK所測高程的精度能滿足測圖需要。因本次作業為了檢查RTK所測高程的精度上表中的高程點都沒有參加轉換，如果這些點也都參與高程轉換，應該高程精度還會更好。

3 結論

1）利用RTK測圖，不受天氣、地形、通視條件的限制，利于按時完成作業任務。

2）利用RTK技術比傳統方法節省人力，工作效比傳統方法提高2-3倍。

3）受衛星狀況及周圍環境的限制，在樹林或高樓密布區，一般不能應用。

4）利用RTK技術測圖精度高，且較為一致。

【參考文獻】

[1]周忠謨，等：GPS衛星測量原理與應用[M].測繪出版社，1997.

[2]國家測繪局：CH2001-92全球定位系統（GPS）測量規范[M]測繪出版社，1992.

[3]李征航.GPS衛星定位原理與數據采集[J].武測培訓班教材之五，1995，3.

[4]楊德麟，等.大比例尺數字測圖的原理方法與應用[M].清華大學出版社，1998.

[責任編輯：楊玉潔]