全站儀與RTK技術(shù)在地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用探討

張家滿

（信宜市規(guī)劃編制與測(cè)繪研究信息中心，廣東信宜 525300）

0 引言

RTK技術(shù)是近幾年來(lái)最常用的一種新型測(cè)繪技術(shù)與方法，該技術(shù)的測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)傳輸效率高，能夠有效提高地形圖測(cè)繪工作的效率與質(zhì)量。尤其在進(jìn)行復(fù)雜地形的測(cè)繪工作期間，通過RTK技術(shù)與全站儀的配合使用，可以充分發(fā)揮兩種測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而增強(qiáng)地形測(cè)繪工作效果。

1 RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)與工作原理分析

1.1 RTK技術(shù)優(yōu)勢(shì)

相比傳統(tǒng)的地形圖測(cè)繪技術(shù)與方法而言，RTK技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①測(cè)繪效率高。通過RTK技術(shù)的合理使用，不僅能有效簡(jiǎn)化測(cè)繪工作流程，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)的緊密交接，且測(cè)繪過程種從最初的控制到最后的成圖環(huán)節(jié)，都可采用一體化操作方式，進(jìn)而減少測(cè)繪人員的工作量。一般來(lái)說(shuō)，測(cè)繪期間只需在觀測(cè)站配備一個(gè)技術(shù)人員進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的操作即可。這一過程中，測(cè)繪人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，同時(shí)在操作步驟方面得到簡(jiǎn)化，減少了地形圖測(cè)繪時(shí)間，顯著提高測(cè)繪工作效率；②操作簡(jiǎn)單、使用便利。在利用RTK測(cè)量?jī)x器開展測(cè)繪時(shí)，只需在儀器手簿菜單欄進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置并且通過藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)GPS接收器和手簿的連接，之后點(diǎn)擊快捷就可完成數(shù)據(jù)的采集[1]；③可進(jìn)行全天候測(cè)繪。RTK技術(shù)應(yīng)用期間，不易受到光學(xué)通視等因素的影響；④RTK技術(shù)的應(yīng)用使測(cè)量精確大大提升。RTK測(cè)量技術(shù)應(yīng)用過程中，不會(huì)發(fā)生誤差積累的問題。但是，RTK測(cè)量技術(shù)也存在一定的缺陷與不足，比如RTK技術(shù)的應(yīng)用會(huì)受到GPS衛(wèi)星信號(hào)的影響與限制，尤其在一些衛(wèi)星信號(hào)不好的區(qū)域，或者是測(cè)繪地區(qū)的障礙物相對(duì)密集，將會(huì)對(duì)RTK技術(shù)應(yīng)用的效果產(chǎn)生不利的影響。

1.2 RTK技術(shù)工作原理

RTK技術(shù)是在GPS技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，該技術(shù)有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、動(dòng)態(tài)性。RTK技術(shù)主要由三部分組成：基準(zhǔn)站以及流動(dòng)站、數(shù)據(jù)鏈。通常RTK技術(shù)也被稱作GPS差分技術(shù)，為了提高測(cè)繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)效果，需要測(cè)繪人員及時(shí)校正觀測(cè)站數(shù)據(jù)。對(duì)于RTK技術(shù)的工作原理而言，主要是借助基準(zhǔn)站、觀測(cè)站內(nèi)部的接收裝置，來(lái)接收同一顆GPS衛(wèi)星信號(hào)。之后，再將基準(zhǔn)站接收的數(shù)據(jù)、信息與地理位置數(shù)據(jù)相互比較，便可準(zhǔn)確計(jì)算出中間的差分值。然后，再借助傳輸裝置，將差分值傳送到觀測(cè)站，及時(shí)矯正數(shù)據(jù)。如此一來(lái)，便可準(zhǔn)確計(jì)算觀測(cè)站的位置[1]。其中，圖1為RTK技術(shù)工作原理示意圖。

圖1 RTK技術(shù)工作原理

1.3 全站儀測(cè)量流程與原理分析

作為一種高科技測(cè)量?jī)x器，全站儀集光、機(jī)、電等技術(shù)于一體。全站儀的合理使用，不僅能進(jìn)行水平角、垂直角以及高差參數(shù)的測(cè)量，同時(shí)還可以進(jìn)行距離（斜距、平距）、平面坐標(biāo)等重要參數(shù)的測(cè)量。在利用全站儀開展測(cè)繪工作期間，主要應(yīng)用的技術(shù)有電子測(cè)距技術(shù)、電子測(cè)角技術(shù)。具體測(cè)量期間，首先要按要求進(jìn)行全站儀的架設(shè)，之后再進(jìn)行對(duì)中、整平等操作。隨后，進(jìn)行設(shè)站并輸入測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)。上述工作結(jié)束之后，便可瞄準(zhǔn)后視點(diǎn)（輸入坐標(biāo)或者是方位角）定向，再開展后視點(diǎn)測(cè)量，檢查高程值以及坐標(biāo)。如果測(cè)量誤差在允許的范圍內(nèi)，就可以進(jìn)行碎部點(diǎn)采集。但是，如果誤差超過限值，需要檢查已知點(diǎn)與定向點(diǎn)坐標(biāo)。

2 地形圖測(cè)繪中全站儀與RTK技術(shù)的應(yīng)用分析

利用RTK技術(shù)和全站儀進(jìn)行地形圖測(cè)繪時(shí)，首先要結(jié)合實(shí)際測(cè)量的已知點(diǎn)，開展檢測(cè)、復(fù)核等工作，如此一來(lái)便可防止測(cè)量錯(cuò)誤等問題的發(fā)生。需要注意的是，測(cè)繪期間遇到較為特殊的房角、地物，或者測(cè)繪區(qū)域中含有茂密的森林，都無(wú)法利用RTK技術(shù)準(zhǔn)確的測(cè)量到碎部點(diǎn)，這就要求使用全站儀開展相關(guān)點(diǎn)位的測(cè)量。尤其對(duì)陡巖上的點(diǎn)，需要利用免棱鏡全站儀等輔助設(shè)備進(jìn)行觀測(cè)。測(cè)量過程中，首先要確定實(shí)際控制點(diǎn)的坐標(biāo)，之后再進(jìn)行全站儀測(cè)量隱弊點(diǎn)，最終可以得出點(diǎn)位坐標(biāo)圖。在一些相對(duì)開闊且無(wú)遮擋的地區(qū)，需要架設(shè)基準(zhǔn)站，并利用RTK移動(dòng)站采集數(shù)據(jù)。上述測(cè)量工作結(jié)束后，使用繪圖軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)繪圖。

2.1 設(shè)置基準(zhǔn)站

實(shí)際測(cè)繪期間，首先要架設(shè)測(cè)量?jī)x器，架設(shè)點(diǎn)要選在相對(duì)開闊、位置較高的區(qū)域。其次，安置發(fā)射電臺(tái)。這一過程中，要利用多功能電纜線進(jìn)行主機(jī)、電源以及電臺(tái)等裝置的連接。需要注意的是，接線期間不能將電源接反，以免影響設(shè)備的正常使用。線路連接完成之后，要對(duì)各類設(shè)備儀表的狀態(tài)進(jìn)行檢查，確保沒問題之后才能開啟電臺(tái)、主機(jī)。最后，啟動(dòng)設(shè)備并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)配置。測(cè)量環(huán)節(jié)中，如果已知點(diǎn)已經(jīng)給出，需要利用移動(dòng)站對(duì)已知點(diǎn)做出測(cè)量，之后再結(jié)合已知點(diǎn)的坐標(biāo)開展校準(zhǔn)工作，并進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。

2.2 設(shè)置流動(dòng)站

流動(dòng)站使用過程中，需要事先準(zhǔn)備好相應(yīng)的天線、接收機(jī)等設(shè)備，同時(shí)還要準(zhǔn)備好碳素對(duì)中桿和觀測(cè)記錄手簿（PlSlON）。隨后開機(jī)并利用手薄等資料進(jìn)行移動(dòng)站的設(shè)置。在此期間，需要確保接收電臺(tái)頻道號(hào)和基準(zhǔn)站的電臺(tái)發(fā)射頻道號(hào)保持一致，以免影響基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的接收。設(shè)置工作結(jié)束后，便可著手進(jìn)行碎部點(diǎn)測(cè)量。當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)滿足精度要求之后，就可以記錄數(shù)據(jù)。

2.3 地形圖測(cè)繪

①在開展地形圖測(cè)繪工作期間，要利用一個(gè)已知的控制點(diǎn)，架設(shè)好基準(zhǔn)站；②通過對(duì)已知點(diǎn)的坐標(biāo)做出準(zhǔn)確的測(cè)量之后，完成相關(guān)參數(shù)的轉(zhuǎn)換處理。這樣一來(lái)，就能得到所需的坐標(biāo)系，并利用移動(dòng)站開展野外地形數(shù)據(jù)的采集；③具體采集過程中一旦遇到衛(wèi)星信號(hào)較弱等問題，或者出現(xiàn)解算不出固定解等問題，將對(duì)測(cè)量精度造成不利影響。為有效解決該問題，需要及時(shí)變換測(cè)量?jī)x器；④使用全站儀進(jìn)行地形圖測(cè)量時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)站、定向、檢查等流程進(jìn)行操作，以免影響測(cè)繪數(shù)據(jù)的精度和利用價(jià)值。上述工作結(jié)束之后，測(cè)量人員要使用中桿、棱鏡進(jìn)行碎部點(diǎn)的野外數(shù)據(jù)采集[2]；⑤對(duì)于聯(lián)合數(shù)據(jù)的采集，RTK技術(shù)以及全站儀的應(yīng)用能夠?qū)⒍叩膬?yōu)勢(shì)充分發(fā)揮，進(jìn)而獲取高精度的測(cè)量結(jié)果。當(dāng)業(yè)務(wù)測(cè)量工作結(jié)束之后，需要利用專業(yè)的測(cè)繪處理軟件將采集到的信息與數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，并結(jié)合實(shí)地繪制的草圖開展相關(guān)的內(nèi)業(yè)工作，經(jīng)過成圖編輯、處理之后，便可得到完整、精確的數(shù)字化地形圖。

3 案例分析

本文以廣東省某中型水利工程的地形圖測(cè)繪工作為例，對(duì)RTK技術(shù)以及全站儀配合使用的要點(diǎn)做出研究。在本次測(cè)繪期間，需要測(cè)量的范圍與成果是壩區(qū)地形圖（比例尺為1:500）以及庫(kù)區(qū)地形圖（比例尺為1:2000）。測(cè)量工作開始之前，發(fā)現(xiàn)這一區(qū)域的地貌形式主要以山區(qū)為主，地形狀況較為復(fù)雜，庫(kù)區(qū)河流左岸地形相對(duì)平緩，右岸為山崖地勢(shì)且較為陡峭。此外，測(cè)區(qū)分布著少量的耕地，植被類型以灌木為主。通過對(duì)這一測(cè)量區(qū)域的地形狀況做出研究之后，最終決定利用RTK技術(shù)，對(duì)平緩山坡開展碎部測(cè)量。由于該區(qū)域能夠較好地接收衛(wèi)星信號(hào)，因而只需要利用全站儀等設(shè)備對(duì)陡峭的山崖開展碎部測(cè)量。

具體測(cè)量環(huán)節(jié)中，主要應(yīng)用的設(shè)備如下：①用到了一套中海達(dá)A16動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)；②用到了1臺(tái)徠卡TS08全站儀。在本次的測(cè)量工作中，主要利用野外數(shù)字化測(cè)圖方式，并使用上述兩種設(shè)備開展外業(yè)數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束后，使用南方公司生產(chǎn)的CASS10.1軟件進(jìn)行后續(xù)的成圖工作。測(cè)繪期間對(duì)于所測(cè)地形不進(jìn)行分幅，在地形圖中將壩區(qū)等高距確定為1m，將庫(kù)區(qū)等高距確定為2m。在測(cè)繪人員的分配方面，測(cè)量人員分為兩個(gè)小組，第一個(gè)RTK測(cè)繪小組配置兩人。其中，一個(gè)人進(jìn)行手持RTK接收器跑尺，另一人操作RTK手簿記錄測(cè)繪點(diǎn)數(shù)據(jù)并事后把原始DAT數(shù)據(jù)導(dǎo)出計(jì)算機(jī)，完成草圖繪制。隨后，計(jì)算機(jī)便可結(jié)合草圖信息完成數(shù)字化成圖工作。第二組人員主要負(fù)責(zé)全站儀的操作，該組共有3人，分別負(fù)責(zé)操作、跑尺以及記錄測(cè)繪點(diǎn)并草圖繪制。上述分工能有效提高測(cè)繪工作效率，確保測(cè)繪結(jié)構(gòu)滿足要求。需要注意的是，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集期間，需要將RTK技術(shù)與全站儀聯(lián)合使用。借助RTK技術(shù)，能夠隨時(shí)為全站儀測(cè)量圖根點(diǎn)。通過RTK技術(shù)與全站儀的聯(lián)合使用，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與存儲(chǔ)，進(jìn)而為后續(xù)的成圖環(huán)節(jié)提供數(shù)據(jù)支持。由于地形狀況的不同，所采用的測(cè)量方式也存在一定的差異，在一些地形較為簡(jiǎn)單的區(qū)域，野外數(shù)據(jù)采集只需利用RTK技術(shù)即可[2]。而對(duì)于樹木叢林較為密集的地區(qū)，或者是山崖相對(duì)陡峭的區(qū)域，應(yīng)使用RTK限定圖根點(diǎn)，并借助全站儀等儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)還要開展草圖繪制工作。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，地形圖測(cè)繪對(duì)于精度方面的要求越來(lái)越高，為有效減少測(cè)繪工作量、提高測(cè)繪精度與效率，就要加強(qiáng)對(duì)RTK技術(shù)以及全站儀等測(cè)量?jī)x器的配合使用，簡(jiǎn)化測(cè)量操作步驟，提高地從圖測(cè)繪的自動(dòng)化、數(shù)字化水平，確保測(cè)量任務(wù)如期完成。