關(guān)于GPS RTK技術(shù)在地形測(cè)量中的步驟及應(yīng)用探討

肖井顯　王俊杰

[摘要]地形測(cè)量離不開控制測(cè)量。在城市和區(qū)域地形測(cè)量中，GPS實(shí)際上已成為建立平面控制網(wǎng)的一種標(biāo)準(zhǔn)手段。就有關(guān)GPS RTK技術(shù)在地形測(cè)量中的步驟及應(yīng)用，筆者作了探討。

[關(guān)鍵詞]RTK技術(shù) 地形測(cè)量 應(yīng)用探討

[中圖分類號(hào)] U412.24+1[文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-119-1

1 GPS RTK技術(shù)與地形測(cè)量

1.1關(guān)于GPS RTK技術(shù)

隨著以遙感 （ RS） 、 全球定位系統(tǒng) （ GPS） 和地理信息系統(tǒng) （ GIS） 為代表的現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)體系的建立，以及GPS新技術(shù)的出現(xiàn) ，可以高精度并快速地測(cè)定各級(jí)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，在地形測(cè)量中已得到廣泛地應(yīng)用。

目前，在測(cè)繪領(lǐng)域，GPS 已引起了革命性的變化。首先，從范圍來(lái)看，已經(jīng)形成了數(shù)公里至幾千公里的控制網(wǎng)或形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)；其次，從精度來(lái)說(shuō)，從百米至毫米級(jí)的定位，一般都將 GPS 作為首選手段。RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)又稱載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分技術(shù)，其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位效率高，可以在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的測(cè)量成果，能夠在滿足精度的前提下，擺脫后處理的負(fù)擔(dān)和外業(yè)返工的困擾。

1.2GPS RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

與常規(guī)地形測(cè)量相比，GPS技術(shù)具有明顯的特點(diǎn)。過(guò)去測(cè)地形圖時(shí)一般首先要在測(cè)區(qū)建立圖根控制點(diǎn)，然后在圖根控制點(diǎn)上架上全站儀或經(jīng)緯儀配合小平板測(cè)圖。高程控制測(cè)量過(guò)去一直沿用幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法，這種方法耗時(shí)費(fèi)力，效率很低。而現(xiàn)在采用 RTK技術(shù)，僅需一個(gè)人背著儀器在要測(cè)的地形地貌碎部點(diǎn)由專業(yè)的軟件接口就可以輸出所要求的地形圖，大大提高了工作效率。

1.3GPS RTK技術(shù)的基本構(gòu)成

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分；GPS衛(wèi)星星座和地面控制部分：地面監(jiān)控系統(tǒng)以及用戶設(shè)備部分：GPS信號(hào)接收機(jī)。

GPS接收設(shè)備的核心部件是一臺(tái)基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)以及多臺(tái)流動(dòng)站GPS接收機(jī)；數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備有發(fā)射電臺(tái)和接收電臺(tái)組成，發(fā)射電臺(tái)位于基準(zhǔn)站，接收電臺(tái)位于流動(dòng)站，在動(dòng)態(tài)測(cè)量中起關(guān)鍵作用。數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)分析計(jì)算流動(dòng)站的三維坐標(biāo)。在地形測(cè)量中運(yùn)用GPS RTK技術(shù)時(shí)，控制測(cè)量是用靜態(tài)測(cè)量來(lái)完成的，用RTK來(lái)實(shí)現(xiàn)記錄點(diǎn)坐標(biāo)的確定。

2 GPS RTK技術(shù)在地形測(cè)量中的步驟

2.1GPS RTK 定位

RTK 定位技術(shù)主要用于地形測(cè)量和工程放樣。RTK 定位通常由 一臺(tái)基準(zhǔn)站接收機(jī)和一臺(tái)或多臺(tái)流動(dòng)站接收機(jī)以及用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娕_(tái)組成，在 RTK 作業(yè)模式下將一些必要的數(shù)據(jù)輸入 GPS 控制手簿。 GPS RTK 可以無(wú)需布設(shè)各級(jí)控制點(diǎn)，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，高精度并快速地測(cè)定界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，利用測(cè)圖軟件的載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等在野外一次測(cè)繪成電子地圖。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)和繪圖儀、打印機(jī)輸出各種比例尺的圖件。用無(wú)線電傳送給運(yùn)動(dòng)中的流動(dòng)站，在流動(dòng)站通過(guò)無(wú)線電接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信息， 將載波相位觀測(cè)值實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理， 得到基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的坐標(biāo) Δ Δ 差Δ X 、 Y 、 Z ；坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的 WGS - 84 坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo) x 、海拔 y 和高程 h 。這個(gè)過(guò)程稱作 GPS RTK 定位過(guò)程。

2.2GPS RTK 數(shù)據(jù)處理

GPS RTK 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是 GPS 測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)組合而成， 其數(shù)據(jù)傳輸由無(wú)線數(shù)據(jù)鏈完成，數(shù)據(jù)鏈采用 UHF 頻段，具有可靠，穩(wěn)定和抗干擾能力的優(yōu)點(diǎn). 求解平面轉(zhuǎn)換參數(shù)， 至少要聯(lián)測(cè)兩個(gè)平面坐標(biāo)點(diǎn)， 求解高程轉(zhuǎn)換參數(shù)則需要聯(lián)測(cè)三個(gè)高 程點(diǎn).為了提高地心坐標(biāo)系與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系數(shù)學(xué)模型的擬合程度，進(jìn)而提高待測(cè)點(diǎn)的精度，通常要聯(lián)測(cè)盡可能多的已知點(diǎn)， 轉(zhuǎn)換參數(shù)的求得通常有兩種方法：一，充分利用已有的 GPS 控制網(wǎng)資料， 將多個(gè)已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)與相應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)輸入電子手簿中， 基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)上實(shí)地虛擬聯(lián)測(cè)，解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)；二，基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)或未知點(diǎn)上，流動(dòng)站依次測(cè)量各已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)，將各已知點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的平面坐標(biāo)和高程輸入手簿中進(jìn)行點(diǎn)校正，淘汰校正殘差比較大的已知點(diǎn)，從而解算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3 GPS RTK技術(shù)應(yīng)用于地形測(cè)量實(shí)例

在某工業(yè)區(qū) 5 平方公里 1：500 地形測(cè)量中，由于廠礦工業(yè)區(qū)建筑物密，通視困難，采用 RTK 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行測(cè)量較為方便.此次測(cè)量以工業(yè)廠區(qū)為主，基準(zhǔn)站設(shè)置在測(cè)區(qū)的中部， 地勢(shì)較高的五層樓樓頂。

RTK 控制測(cè)量時(shí)，首先用已知控制點(diǎn)建立投影的局部歸化參數(shù)，儀器將直接記錄坐標(biāo)和高程， 查看解算后每個(gè)控制點(diǎn)的水平殘差和垂直殘差. 本次測(cè)量解算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，水平殘差最大為±2.5cm，垂直殘差最大為±0.6cm.為了提高待測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)精度，將 天線設(shè)置在對(duì)點(diǎn)器上，觀測(cè)時(shí)間大于 20 秒，采用不同的時(shí)間段進(jìn)行兩次觀測(cè)取平均值；機(jī)內(nèi)精度指標(biāo)預(yù)設(shè)為點(diǎn)位中誤差±1.5cm，高程中誤差±2.0cm；觀測(cè)中，取平面和高程中誤差均小于±1.0cm 時(shí)進(jìn)行記錄. RTK 點(diǎn)兩次觀測(cè)值坐標(biāo)較差最大值為±2.8cm， 最小值為 0.3cm。

在進(jìn)行 RTK 平面控制測(cè)量的同時(shí)，也利用 RTK 技術(shù)進(jìn)行了高程測(cè)量.兩次 RTK 高程測(cè)量的成果高程較差最大為-4.7cm，最小為 0cm. 觀測(cè)值中誤差為±1.4cm，平均值中誤差為±1.0cm。

RTK技術(shù)不受地形的限制，也不用支儀器設(shè)站，從而減少了因多次設(shè)站帶來(lái)的測(cè)量累計(jì)誤差，使地形測(cè)量方便快捷，大大提高了地形測(cè)量的工作效率。在地形圖，地籍圖等的測(cè)量應(yīng)用中，均取得了很好的效果。

參考文獻(xiàn)

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