周 坤

全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)是美國陸海空三軍聯(lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全球性、全天候、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間，常規(guī)的GPS測量方法，比如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量都需要后處理才能得到CM級(jí)的精度，而 RTK(Real-Time Kinematic)即載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分系統(tǒng)可以在野外實(shí)時(shí)獲得CM級(jí)的精度要求，RTK技術(shù)代表著GPS相對(duì)測地定位應(yīng)用的主流。

1 大比例尺地形圖測量的發(fā)展和特點(diǎn)

科技的發(fā)展帶來了測繪技術(shù)性能的顯著改善，隨著全站儀、RTK測繪性能的日趨完善和便攜式計(jì)算機(jī)的全面普及，測制大比例尺地形圖的方法也由原來的光學(xué)定位展點(diǎn)白紙制圖到后面的全站儀定位輸出計(jì)算機(jī)CAD制圖，再到現(xiàn)在的RTK載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分系統(tǒng)在野外實(shí)行全天候、高精度的野外測量，自動(dòng)化成圖一步到位，大大減少了外業(yè)操作，更加減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度以及提高了效率。RTK作業(yè)范圍更廣，半徑可以達(dá)到5 km。大比例尺測圖過程基本一致:數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)處理→數(shù)據(jù)成圖輸出。

2 RTK技術(shù)簡介

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS(RTDGPS)技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(RTK)系統(tǒng)由參考站和流動(dòng)站組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站，利用流動(dòng)站在另外的兩個(gè)以上的已知點(diǎn)上進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)匹配，參考站設(shè)備作為對(duì)所有可見的衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，并將其感測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)的發(fā)送給用戶觀測站，在用戶觀測站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過無線電接收設(shè)備，接收參考站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)計(jì)算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)以及精度。

3 RTK作業(yè)流程和模式以及優(yōu)點(diǎn)

具體工作模式參考站接收機(jī)利用電臺(tái)將其觀測值以及坐標(biāo)信息，發(fā)送給流動(dòng)站接收機(jī)。流動(dòng)站接收機(jī)通過接收參考站發(fā)送的數(shù)據(jù)鏈，同時(shí)采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)(手簿)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并且得到其三維坐標(biāo)，也可以轉(zhuǎn)換為用戶自己的匹配坐標(biāo)。具體的作業(yè)流程是在一個(gè)已知點(diǎn)上設(shè)置一臺(tái)GPS接收機(jī)，作為其參考站，將一些必備的數(shù)據(jù)例如坐標(biāo)、高程、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)等輸入手簿中，一臺(tái)至多臺(tái)接收機(jī)(流動(dòng)站)在待測點(diǎn)上設(shè)置，也可以將參考站放置在測區(qū)的任何地方。實(shí)時(shí)得到流動(dòng)站的坐標(biāo)以及高程還有精度。利用流動(dòng)站測得的坐標(biāo)和已知點(diǎn)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和匹配，就可以得到本地坐標(biāo)。參考站為保證對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測和衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量，要求參考站上空應(yīng)盡可能地開闊，盡量可以跟蹤視野內(nèi)的全部衛(wèi)星;5°～15°高度角以上不能有成片的障礙物，為減少各種電磁波對(duì)GFS衛(wèi)星信號(hào)的干擾，在參考站周圍約20 m的范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源，如大功率無線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線。為避免或減少多路徑效應(yīng)的發(fā)生，參考站應(yīng)遠(yuǎn)離對(duì)電磁波信號(hào)反射強(qiáng)烈的地形、地物，如高層建筑、成片水域等。RTK優(yōu)點(diǎn)如下:1)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級(jí)精度的測量成果(高程)。2)徹底擺脫了由于粗差造成的返工，提高了GPS作業(yè)效率。作業(yè)效率高，每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留1 s～2 s，若用其進(jìn)行地形測量，小組每天可以完成0.8 km～1.5 km的地形圖測繪，其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的。3)全地形、全天候的測量，對(duì)一些建筑以及遮擋物比較多，或者通視條件非常差的測區(qū)更得心應(yīng)手。非常利于地形復(fù)雜的測區(qū)，效率非常高。

4 RTK用于大比例尺測圖的實(shí)踐

2009年8月我院利用RTK實(shí)時(shí)載波定位技術(shù)完成了在西安—成都高速鐵路漢中段2幅1∶500地形圖補(bǔ)測的測量任務(wù)。作業(yè)前進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及匹配，利用大地坐標(biāo)的參數(shù)輸入，求得WGS-84與國家新要求的2000坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。求得轉(zhuǎn)換參數(shù)后，匹配成功后就可以進(jìn)行實(shí)地測量，流動(dòng)站經(jīng)過短暫的初始化后得到精確的三維坐標(biāo)將其保存在手簿中，測量可以按照流水號(hào)記錄測量的地物、地貌，也可以將其進(jìn)行自由編號(hào)。遇到高大建筑或者陡峭山壁以及樹林遮擋比較嚴(yán)重的地方，可以采取與全站儀相結(jié)合的方法進(jìn)行測量，后處理中，利用CASS成圖軟件，進(jìn)行圖形的編輯與修正，注記高程點(diǎn)，生成等高線，形成地形圖。最后對(duì)等高線進(jìn)行編輯以及對(duì)圖形進(jìn)行整體的修正。

5 精度分析與評(píng)定

下面的數(shù)據(jù)是我們實(shí)測的數(shù)據(jù)以及后面自檢所需要的必要檢核，總體來說平面坐標(biāo)的精度要高一些，高程稍微差一些，這里也存在一些人為的因素，比如流動(dòng)站2 m的桿在不同的地面都會(huì)有不同的損耗及粗差。采用GPS(RTK)技術(shù)獲得數(shù)據(jù)與全站儀所得數(shù)據(jù)相比較，結(jié)果見表1，RTK高程與水準(zhǔn)高程比較結(jié)果見表2。

表1 平面比較

表2 高程比較

m=±14 mm。從這里我們看的出來單位全中誤差是 m=±14 mm，這個(gè)數(shù)值是滿足測圖中圖根水準(zhǔn)要求規(guī)范精度的。

6 結(jié)語

RTK不僅能夠滿足1∶500控制測量的點(diǎn)位和精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差累計(jì)，完全可以滿足大比例尺測圖的需要。RTK技術(shù)應(yīng)用于地形圖測量中，可以更好地提高勞動(dòng)效率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，沒有必要像傳統(tǒng)的測量方法一樣需要布設(shè)足夠的圖根控制點(diǎn)，因不受氣候影響，更不受通視條件的影響，可縮短成圖的周期。為了增加作業(yè)面，一般情況是把參考站架設(shè)在比較高的地方。

[1] 陳建兵，王 俊.淺談GPS RTK在地形測量中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，34(14):359-360.