王克曉

(天津鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300240)

0 引 言

地形圖測(cè)量中，利用GPS RTK進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是大部分測(cè)圖中的重要環(huán)節(jié)[1]。在某些工程中單純使用GPS RTK采集數(shù)據(jù)可能會(huì)造成效率低，周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)[2]。因此，利用GPS RTK采集數(shù)據(jù)的機(jī)理和特點(diǎn)，結(jié)合手持GPS自身采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，將兩者結(jié)合起來(lái)共同采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而得到地形圖數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方法大大減少了作業(yè)時(shí)間，進(jìn)一步提高了測(cè)圖的效率。

1 RTK與手持機(jī)測(cè)量系統(tǒng)

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位測(cè)量系統(tǒng)按軟硬件系統(tǒng)來(lái)劃分包括GPS接收機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和TTK測(cè)量軟件系統(tǒng)三部分組成。為了提高測(cè)量精度，手持機(jī)也要求基準(zhǔn)站參與。

1)GPS接收機(jī)：RTK GPS測(cè)量系統(tǒng)中至少包括兩套GPS接收機(jī)，其中一臺(tái)置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或若干臺(tái)，分別安置于不同的用戶(hù)站上。手持GPS內(nèi)置高性能GPS/SBAS接收機(jī)和L1/L2雙頻天線(xiàn)使得測(cè)量更簡(jiǎn)便。RTK GPS和手持GPS的基準(zhǔn)站都應(yīng)設(shè)在測(cè)區(qū)較高點(diǎn)上，且觀(guān)測(cè)條件良好。在作業(yè)中，基準(zhǔn)站的接受機(jī)應(yīng)連續(xù)跟蹤全部可見(jiàn)衛(wèi)星，并將觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地發(fā)給用戶(hù)站。GPS接收機(jī)一般為雙頻機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)中包含多個(gè)用戶(hù)接收機(jī)時(shí)，采樣本應(yīng)與接收機(jī)采樣相同。手持GPS無(wú)需擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槭殖謾C(jī)的接收機(jī)和天線(xiàn)以及手簿是一體的[3-5]。

2)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：基準(zhǔn)站同用戶(hù)流動(dòng)站之間聯(lián)系是靠數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)據(jù)鏈)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備是完成事實(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備之一，對(duì)于RTK的數(shù)據(jù)傳輸由調(diào)制解調(diào)器和無(wú)線(xiàn)電臺(tái)組成。在基準(zhǔn)站上利用調(diào)制解調(diào)器將有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼調(diào)制，再由無(wú)線(xiàn)電臺(tái)發(fā)射出去。在用戶(hù)站上，利用無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)將其接收下來(lái)，再由解調(diào)器將數(shù)據(jù)還原，并發(fā)送給流動(dòng)站上的電子手簿。對(duì)于手持機(jī)無(wú)需用內(nèi)置電臺(tái)，在80 km范圍內(nèi)都可收到信號(hào)。

3)RTK測(cè)量的軟件系統(tǒng)功能和質(zhì)量，對(duì)于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的可行性測(cè)量結(jié)果的可靠性以及精度具有決定性的意義。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量軟件系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能為：

①整周未知數(shù)的快速解算。②根據(jù)相對(duì)定位原理，實(shí)時(shí)解算用戶(hù)站的WGS-84坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。③根據(jù)已知參數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。④求解坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。⑤解算結(jié)果的質(zhì)量分析與評(píng)價(jià)。⑥作業(yè)模式(靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài))的選擇與轉(zhuǎn)換。⑦測(cè)量結(jié)果的顯示與繪圖。

亞米級(jí)的手持GPS是基于革命性的實(shí)時(shí)H-Star技術(shù)，可直接接收和解算RTK改正數(shù)據(jù)，差分定位精度能達(dá)到10 cm.

2 GPS RTK和手持GPS的聯(lián)合作業(yè)方法及實(shí)踐舉例

架設(shè)基準(zhǔn)站(GPS接收機(jī)、天線(xiàn)、電臺(tái))以及流動(dòng)站(GPS接收機(jī)和手簿)連接完成后，依次啟動(dòng)基準(zhǔn)站GPS接受機(jī)，電臺(tái)，流動(dòng)站GPS接收機(jī)和手簿[2],及手持GPS.GPS RTK與手持GPS的數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 GPS RTK和手持GPS數(shù)據(jù)處理流程

本項(xiàng)目面積約30 km2，屬平原地形，地面平均坡度約為 2% 。由于正值冬季，一望無(wú)際的白雪，致使通視情況極好。測(cè)區(qū)內(nèi)道路比較發(fā)達(dá)，有利于測(cè)量。這次檢核測(cè)量是有目的進(jìn)行的，與傳統(tǒng)的地形測(cè)量有很大的差別，在精度方面要求不是很高，所以采用手持GPS對(duì)這次檢核測(cè)量工作的速度有很大的提高。采用1+2 RTK一套進(jìn)行工程測(cè)量；1+2手持GPS一套進(jìn)行邊界和地類(lèi)測(cè)量。RTK流動(dòng)站每組兩人，手持GPS組每組一人。采用先控制后測(cè)圖的方法施測(cè)。手持GPS配合RTK可實(shí)現(xiàn)作業(yè)效率的大大提高， GPS RTK 和手持GPS協(xié)作下日作業(yè)面積約為6 km2.由于通視好，檢核測(cè)量的比較全面，質(zhì)量比較高，使得結(jié)果更接近實(shí)際情況。

聯(lián)合作業(yè)的大致過(guò)程可以通過(guò)圖2～6說(shuō)明。

圖2的左圖主要是表示邊界和地類(lèi)的點(diǎn)，邊界和地類(lèi)都是不規(guī)則的，所以才顯得凌亂。圖2右圖主要是表示工程的，比如比較規(guī)整的田間路、排水溝等。

圖中的點(diǎn)連接以后，根據(jù)表示的內(nèi)容不同進(jìn)行歸類(lèi)，從而得到大致的邊界和地類(lèi)，如圖3，圖4所示。

根據(jù)RTK的特點(diǎn)，可以得到如圖5所示的大致圖形，整個(gè)項(xiàng)目區(qū)的工程清晰可見(jiàn)。如果用手持機(jī)無(wú)法得到這種圖形，特別是路溝渠的交叉點(diǎn)無(wú)法準(zhǔn)確得到，但是，RTK以其高精度就能解決這個(gè)問(wèn)題。

手持式GPS在實(shí)際使用中需要設(shè)置很多參數(shù)，而且對(duì)當(dāng)?shù)氐淖鴺?biāo)參數(shù)要求很高，天寶公司給出的參數(shù)很貼近實(shí)地，手持機(jī)測(cè)出的點(diǎn)位坐標(biāo)與GPS RTK測(cè)出的點(diǎn)位坐標(biāo)基本一致，而且能夠保證所需的測(cè)圖精度。兩者合圖以后可以清晰的得到項(xiàng)目區(qū)的信息，基本滿(mǎn)足這次土地整理核查的要求。

圖2 手持機(jī)原始點(diǎn)(左)和RTK原始點(diǎn)(右)

這次土地整理測(cè)圖數(shù)據(jù)復(fù)查主要是用到南方RTK與天寶手持GPS聯(lián)合應(yīng)用。RTK精度高，主要用于工程測(cè)量，因?yàn)楣こ淘谕恋卣韽?fù)查中占到很大的比例，稍微差一點(diǎn)的就是地類(lèi)的區(qū)分，天寶手持GPS的精度可以滿(mǎn)足要求[6-7]。對(duì)于邊界，由于點(diǎn)位誤差要求的范圍比較大，所以采用亞米級(jí)精度的天寶手持GPS.對(duì)于沒(méi)有控制點(diǎn)或者是控制點(diǎn)被破壞的測(cè)區(qū)，還需要用到南方的靈銳S86 GPS進(jìn)行靜態(tài)觀(guān)測(cè)，求出測(cè)區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，以便達(dá)到土地整理復(fù)查的精度要求，由于邊界點(diǎn)的坐標(biāo)在這次測(cè)量中很重要，所以測(cè)量的邊界坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)必須記錄下來(lái)，并且要顯示在復(fù)查圖上。如果單純的去一個(gè)一個(gè)的在圖上找點(diǎn)顯得很費(fèi)時(shí)費(fèi)力。所以如果利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)的自動(dòng)提取，就會(huì)省時(shí)省力。

圖3 手持機(jī)原始點(diǎn)放大后(左)和手持機(jī)畫(huà)出的圖放大后(右)

圖4 手持機(jī)原始點(diǎn)畫(huà)出的圖形圖(左)和手持機(jī)原始點(diǎn)圖放大后(右)

圖5 RTK原始點(diǎn)畫(huà)出的圖形(左)和 RTK原始點(diǎn)畫(huà)出的圖形放大后(右)

圖6 二者合圖(左)和二者合圖放大后(右)

3 結(jié)束語(yǔ)

施測(cè)過(guò)程中以RTK施測(cè)為主，在一些精度要求低的地方，采用手持GPS測(cè)量。GPS RTK以其特有的作業(yè)方式，高精度，實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)，在各種測(cè)量項(xiàng)目上應(yīng)用廣泛?；趯?shí)時(shí)H-Star技術(shù)的手持GPS可直接接收和解算RTK改正數(shù)據(jù)，差分定位精度遠(yuǎn)達(dá)半米以?xún)?nèi)。體積小巧、攜帶方便、可以獨(dú)立使用的手持GPS是一種全天候?qū)崟r(shí)定位導(dǎo)航設(shè)備。該手持機(jī)具有靈敏度高,存貯量大,外部接口齊全等特點(diǎn),在很多領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。在該精度范圍內(nèi)，手持GPS配合RTK作業(yè)，可大大提高提高作業(yè)效率，增加經(jīng)濟(jì)效益。但是，如果要求更高的精度，手持機(jī)是否還可以與RTK聯(lián)合使用，還需驗(yàn)證。

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