GPS-RTK技術在地形圖測繪中的精度分析

2022-06-03 20:44:29王安康

速讀·下旬 2022年3期

王安康

◆摘? 要：隨著測繪的發展，地形圖測繪逐步邁向全數字化、自動化?，F以泗縣墎集鎮地形圖測繪為研究背景，這種GPS-RTK新方法不僅節約了人力，而且加快了測圖的進度，在整個測圖過程中，本文就GPS-RTK測量精度問題進行了論證。

◆關鍵詞：GPS-RTK;精度分析

1 測區概況

墎集鎮位于泗縣東南部（東經117°60′，北緯33°55′），距離縣中心約10km，東于江蘇泗洪交界，南與五河相鄰，全鎮總面積9400m2，東部丘陵崗地，中西部是平原，此地區屬暖溫帶半溫潤季風氣候，四季分明，該鎮交通便利，房屋居住緊湊。境內南部有許多自然景觀奇石，中部緊靠石梁河（楚漢相爭的西楚霸王城），據《泗縣志》記載，楚漢相爭時霸王駐兵于此，是士兵堆成了這座城池。泗縣墎集鎮能完全體現出安徽北方地形特點（山地偏少，大多平原）。

2 GPS-RTK簡介

2.1GPS-RTK系統組成

GPS-RTK 系統又稱為實時動態測量系統，是GPS測量技術的新一步突破，所達到的測量精度可觀（測區信號好），一般GPS-RTK由GPS接收裝備、數據傳輸設備和軟件解算系統三部分組成。

2.2GPS-RTK 測量原理

GPS-RTK測量原理是先架設基準站（將相關數據輸入GPS手簿中），接著設置流動站，基準站接收機觀測到的數據通過編碼和調試，將由電臺發出，而移動站接收機觀測數據的同時，也將接受由電臺傳出的信號，經過解調和平差處理，控制手簿將會得到本站的數據以及精度，一旦精度達到要求，可以將數據進行儲存。

2.3GPS-RTK 測量方式

GPS-RTK 測量的方式有兩種，第一種是將基準站架設在已知點上，而第二種隨意架設，但地勢比較高的地方，兩者方法互相比較可看出，第一種方法局限性強，并且點位精度要求高，而第二種方法比較靈活，也有利于接收衛星信號。

2.4GPS-RTK 測量優缺點

隨著測繪的迅速發展，GPS-RTK系統也日益完善，優點也越來越多，例如：耗時短、測站間無需通視、全天候、測量精度高、攜帶方便、易操作等。但是利用GPS-RTK 進行測量時，如果遇到信號不佳或者測區樹木多等其他因素遮擋，GPS-RTK的測量精度偏低，無法滿足精度要求（浮點解），本文對精度問題進行分析。

3 GPS靜態控制測量

3.1GPS控制網精度標準及分級

由于控制網的用途不一樣導致了各類GPS網的精度要求不同，用與城市或工程的GPS控制網可根據相鄰點的平均距離和精度分為二、三、四等和一、二級。

3.2布網設計方案

由于網形用途不一，一般有4種基本形式，依次為點連式、邊連式、網連式、邊點式?；谏鲜龇治鰩最愋停俳Y合測區的特點，本文采用邊連式的E級控制網，使用GPS中海達三臺，根據“先整體，后局部”的原則進行布設控制網，且分布均勻，在此基礎上，利用GPS-RTK技術布設圖根控制點。

3.3控制網的設計、選點、埋石

3.3.1導線網的布設符合的規定

（1）控制點要求分布均勻，且方便GPS-RTK進行加密;

（2）觀測時應該按照表4的基本要求;

（3）為得到某個GPS點坐標時，應于原有控制點進行聯測（保持在同一參考坐標系下進行），聯測的總數不得低于3個。

3.3.2選點位的基本要求

（1）點位易于架設儀器，便于施工;

（2）地基狀況良好，不易被人發現和破壞，易于永久保存;

（3）周邊視野開闊，四周無障礙物;

（4）點位要遠離高大地物和地貌，距離大于300m;

（5）遠離周邊大面積水域或反射電磁波的物體，以免受到影響。

3.3.3埋石規定

（1）埋石采用現場混泥土灌制，或者用花崗石、青石等堅硬石料制作，須符合相關規定;

（2）利用舊點時，檢查是否符合同級GPS點的埋石要求;

（3）埋石時要注意隱蔽，防止被人破壞;

（4）埋石結束后，應該上交相應資料;

（5）由于不同的精度要求和埋點條件。

3.4GPS靜態觀測與記錄

3.4.1外野操作

（1）架設儀器及安裝接收天線等（對中整平），量取天線高（三個方向量取并且取平均值）;

（2）開機（按住電源開關按鈕，至到指示燈亮時為止）;

（3）觀察接收狀態。在接收機工作期間，看數據記錄指示燈是否正常，是否有人為或者其他因素的破壞，發生異常情況要記錄下來;

（4）關機;

（5）收儀器（防止粗心大意，導致儀器漏收現象）。

3.4.2技術要求

（1）在觀測前要校準光學對點器（每天2次），檢查是否有異常;

（2）對中時，要保證對中誤差在3mm以內，天線定向標志線指北，在量天線高時，選擇三個方向進行，當差值大于3mm時，再次進行對中和重新量取，反之，取平均值;

（3）每時段觀測前后各量取天線高一次，取位到1mm，兩次較差不大于3mm，如果超限，查明原因。

3.5數據處理與精度分析

靜態數據處理

本文利用Trimble Geomatics Office（TGO）軟件進行基線處理，步驟如下：

（1）轉換格式。將GPS采集的數據轉換成RINEX格式并保存;

（2）新建項目。輸入項目名和保存路徑;

（3）導入數據。將轉換數據導入到TGO軟件中;

（4）檢查和修改外業數據，導入軟件前應檢查天線高、點號和天線類型等，防止出錯;

（5）基線解算。

（6）基線質量控制，解算的質量需要進行評估，如果評估不合格，將進行重新解算（重新解算不合格就要進行重新測量），質量評估指標有RMS、RDOP、同步環閉合差等;

（7）進行網平差;軟件會自動進行約束平差和無約束平差，宿州泗縣墎集鎮的中央子午線為117°。

（8）根據測量要求，轉換成當地坐標系（北京54坐標系）。

4 GPS-RTK定位精度研究與分析

4.1實驗法評定精度

4.1.1實驗目的

由于GPS-RTK技術運用到地形圖測量是一種新的技術，有很大應用潛力，但是精度一直是備受關注，為了評定GPS-RTK測量精度問題，本文將進行幾組實驗，從而也驗證了本文數據的準確性。

4.1.2實驗思路

本次實驗選取12個點，其中9個點是本文的控制點（點位信號好，空曠），而另外3個點是信號差的點位，將水準測量測得的高程、全站儀測量的坐標和GPS-RTK采集的坐標進行比較，從而驗證GPS-RTK的精度問題。

4.1.3實驗設備

（1）GPS-RTK測量

儀器：中海達V8;數量：2臺;精度要求：平面10mm+1ppm;高程：20mm+2ppm。

（2）水準測量

儀器：DSZ2型自動安平水準儀。

（3）平面測量

儀器：BTS-6082全站儀

4.1.4水準測量

（1）方法與步驟

以TP5點的高程18.97m做為起點，高程基準采用85國家高層基準，最后再次閉合到TP5，如下所示：TP5→TP7→TP4→TP8→TP5→TP2→TP1→TP9→TP6→G c1→Gc2→Gc3→TP5，最后平差得到各點的高程，再和RTK測量的高程比較，從而驗證RTK高程精度，本文按國家三、四等水準點的標準來統一規定

4.1.5動態GPS-RTK測量

（1）本實驗將在未知點上架設基準站，分三次測量（平滑10次），取平均值;

4.1.6平面測量

利用全站儀結合本文做的控制點數據，進行測量：

4.1.7數據比較

（1）動態RTK與水準測量比較，如表16：

（2）動態GPS-RTK與靜態GPS測量比較，如表18：

4.2計算中誤差法評定精度

由實驗法可以看出在測量條件極差的情況下，測量誤差特別大，中誤差計算將剔除Gc1、Gc2、Gc3三個點，基于上述實驗，可得下表19：

4.3結果分析

由表14和表16可知：測區條件良好的條件下GPS-RTK測量成果與水準測量的差值結果在10mm至48mm之間， GPS-RTK測量成果與水準測量的差值結果在10mm至47mm之間，而且點位最大中誤差為3.00。在測區條件不好的情況下，GPS-RTK采集的碎步點誤差特別大，無法滿足測量精度要求。

5 結論