GPS RTK在地形測量中的應用

摘 要：本文簡單介紹了GPS RTK技術的基本原理，同時也對GPS RTK的一個正常的作業流程進行一定的介紹，同時還對其優缺點進行了分析。本文主要研究的是GPS RTK在地形測量中的應用。

關鍵詞：GPS RTK；地形測量；應用

中圖分類號：P228.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0206-02

1 GPS RTK系統的基本原理

高精度的GPS在進行測量的時候，一般就是對載波相位觀測值進行使用，而RTK定位技術是以載波相位觀測值的實時動態定位技術。這樣的話，就能夠將被測點在指定的坐標系中的三維定位結果實時的提供給相關人員，并且這個結果還能夠達到厘米級的精確度。在使用RTK的時候，有關的基準站使用數據鏈將一些坐標的有關數據信息發送給相應的流動站。而流動站這個時候就需要接收那些來自基準站的一部分信息，同時還對GPS觀測的一部分數據進行采集。同時在系統內對于采集到的觀測值進行實時的處理，同時可以得到一個厘米級的定位結果，耗時也非常短，甚至不到1s。流動站不僅可以處于一個靜止的狀態，同時也可以處于運動的狀態；可以在相關的固定點上先對其進行初始化然后再進行動態作業，那么流動站就能夠隨時給出一個厘米級的定位結果。

2 GPS RTK在地形測量中的應用

2.1 測區概括

某公司的礦區中，采空區以及該地區相鄰的山坡中，在生態環境治理工程施工前，要進行一個前期的設計。但是因為現有的地形圖的精確度不能夠滿足實際工程設計需求，這就需要對地形圖進行重新的繪制。但是因為山坡地形的實際情況，如果使用傳統的全站儀測量的辦法，那么就很難對地形進行測量，而且需要的人數也相對較多，同時也有著很大的測量誤差，而且測量的工作效率也相對較低，因此可以使用GPS RTK技術。這樣的話就讓測量的精確度以及工作的效率得到了很大程度上的提高。

2.2 GPS RTK測量方法

2.2.1 坐標轉換

在使用GPS RTK技術進行測量的時候，需要對坐標進行轉化，這主要是因為GPS接收機輸出的信號是WGS84經緯度坐標，但是此次測量作業使用的坐標是1980國家大地坐標系統。在對坐標參數進行轉換的時候，主要需要的就是對四參數或者七參數以及高程擬合參數進行計算，其中在對四參數進行計算的時候，往往需要有兩個或兩個以上的控制點，四參數理想的控制范圍一般情況下是在20～30km2以內，本次的測量工作可以使用四參數計算的方法。控制點、公司辦公樓與測區相對位置示意如圖1。

在與控制點距離不是太遠的空曠并且沒有干擾源的地方架設基準站以及移動站，分別對兩個控制點的WGS84坐標進行記錄，得到如表1所示的數據。

再通過使用RTK手簿中的相關軟件計算得出相應的四參數，并將結果應用到測量任務的相關坐標系統之中。

2.2.2 基準站架設及校正向導

基準站接收機在實際的測量工作進行的時候，會實時的將相應的數據傳輸給流動站接收機，因此基準站和移動站兩者之間不能夠有相對較大的障礙物。并且基準站也需要架設在一個視野相對來說比較開闊，同時四周有很開闊的視野的地方，同時這個地方也要有一個相對較高的地勢，這樣的話就能夠讓GPS信號的接收更加容易。表2所示的就是RTK作用的距離和基準站架設的高度關系。

2.2.3 外業數據采集

GPS RTK技術的外業數據采集，指的就是將移動接收機置放在需要測量的地形地貌的碎部點上，同時再使用手簿測量出相應的點位坐標以及高程。這種數據采集辦法相對來說操作更加簡單方便，同時也僅僅需要一個人就能進行操作。但是在實際的數據采集過程中，因為GPS往往需要接收發射到太空中的衛星傳來的無線電信號，同時這些無線電信號的頻率相對較高，同時功率也相對較低、比較不易穿透，可能會被障礙物阻擋。因此如果在樹林區域，GPS的信號就會受到影響，但是這并不意味著GPS只能在地形相對開闊的地方使用。在一些有一部分障礙的地方，GPS的測量結果也是非常有效并且精確的。這主要是因為GPS如果想要有一個非常準確可靠的定位結果，那么就需要有5顆能夠觀測到的衛星，而且另外一個方面因為GPS衛星的數量相對來說比較多，因此在任何的時間，任何地區都至少會有7顆GPS衛星。在那些有障礙物的地區，只要能夠接收到5顆衛星的信號，那么就可能完成GPS測量工作。如果在樹林以及房區進行測量的時候，只要測量地點有足夠的空間能夠讓GPS系統觀測到5顆衛星，那么就能讓測量工作順利完成。一般情況下山坡部分地區有著相對較密的樹木，因此往往會將衛星信號進行阻擋以及反射，這就會導致在這些地方，接收GPS信號相對比較困難，這樣的話定位精度就不能夠得到保證。因此相關測量人員在進行測量數據采集的時候，如果遇到森林地方，或者有著很多樹木的地方，那么就需要等到移動站能夠觀測到測量數據需要的衛星數量后，才可以進行數據采集的工作。

2.2.4 內業處理

外業采集到的數據一般都會通過手薄與電腦進行連接，對手薄中的數據導出功能進行使用，使數據下載到電腦上，再打開南方cass軟件進行展高程點。這些點號在cass軟件中展開之后如圖2所示。

展開高程點以后，再根據外業草圖進行測區內的房屋、林地、路等地形地貌的測制工作，并最終成圖。

3 GPS RTK測量技術的優缺點

GPS RTK技術的優點主要有以下幾點：

（1）一般情況下，只有基本的測量條件的話，GPS RTK也能有厘米級的精度，同時測量結果也非常的可靠，同時誤差也不會累積。

（2）對測量人員數量的要求并不高，同時也有著很高的效率。通常情況下，只需要有一個人對移動站進行操作，那么就可以完成測量工作。同時如果有一個很好的測量條件，那么一般情況下在測量點位一到兩秒就能夠完成測量工作。特別是在那些地形條件相對比較復雜的地方，GPS RTK技術相比傳統技術，測量更加快速，同時也能夠非常準確的完成測量作業。

（3）相對簡單的操作以及很高的自動化程度。GPS RTK技術的測繪工作中，往往儀器完成了很大一部分，比如說衛星信號的捕獲、跟蹤以及觀測等。相關的操作人員往往僅僅只要手簿就能夠完成相關的測量工作，這樣的話就能夠讓相關的測量人員能夠有相對較低的工作緊張程度，同時勞動強度也相對較低。

（4）即使測量點的能見度相對較低，通視條件非常差，但是GPS RTK技術仍然能夠完成相應的測量作業。

GPS RTK技術的缺點主要有以下幾點：

（1）對空通視環境影響較大。在某些地方，比如山區林區等，因為環境的原因，往往這些地方的GPS衛星信號強度相對其他地方來說比較弱，因此相對比較容易導致數據的失鎖，這就導致如果重新初始化，那么就比較困難，因此就會影響到正常的測量作業。

（2）大氣層的干擾影響較大。只有通過大氣層后，衛星信號才能夠到達地面，而GPS RTK技術需要接收到衛星信號之后才能夠正常的進行工作，如果因為大氣層的干擾，導致衛星信號不能及時到達地面，那么就會導致系統的初始化時間相對正常情況更長，甚至還有可能不能初始化，這就會導致系統不能夠正常的進行測量工作。

（3）數據鏈電臺傳輸距離的影響比較大。在實際的測量作業中，移動站以及基準站的數據鏈接往往會受到山體，樹林以及房屋等等的影響，這就導致測量的數據的精度會降低，同時測量作業的半徑也會減小。

（4）天氣影響比較大。如果天氣是多云或者大風等情況，那么在進行測量作業的時候，往往衛星的信號強度會受到影響，這就導致測量的數據精度相對正常測量條件下來講比較低。

4 結束語

區別于傳統的全站儀的測量模式，GPS RTK技術可以在一個并不是很通視的環境下，能夠有一個實時的厘米級的一個定位精度。同時GPS RTK技術對操作人員數量的要求也并不多，同時作業的時間也相對較快，同時也有著很高的精度，因此這種技術能夠讓工作效率得到很大程度的提高。但是，不可否認，GPS RTK技術的作業方式會受到一部分外界條件的影響，比如說接受的衛星數量以及一些其他的外部的干擾源等等，這種影響情況在林區以及樓房區的表現尤為明顯，甚至有時候還會導致正常的作業無法進行。但是傳統的全站儀的測量方法則不會受到這些影響因素的影響。因此在實際的測量工作中，相關人員要結合實際的測量情況，靈活的對這兩種測量技術進行應用，這樣的話才能讓測量工作更好的完成。

參考文獻

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收稿日期：2018-5-10

作者簡介：閉敏健（1979-），男，助理工程師，本科，主要從事地形測量方面的工作。