鄭州市市政工程勘測設(shè)計研究院 韓遂寧

河南測聯(lián)科技有限公司 張 軍

地形圖測量中RTK定位技術(shù)的運(yùn)用

鄭州市市政工程勘測設(shè)計研究院 韓遂寧

河南測聯(lián)科技有限公司 張 軍

本文闡述了關(guān)于RTK定位技術(shù)的相關(guān)原理，說明在地形圖測量中，利用RTK定位技術(shù)可實(shí)時得到準(zhǔn)確的坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級精度，在外業(yè)測量中大大縮短了時間，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了費(fèi)用。

地形圖測量 RTK測圖 RTK原理 基準(zhǔn)站 流動站

一、RTK原理

RTK定位技術(shù)即實(shí)時載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時處理兩個測點(diǎn)載波相位觀測量得差分方法。它能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。載波相位差分方法有兩類：第一類是修正法，即將基準(zhǔn)站的載波相位修正值直接發(fā)給流動站，改變流動站接受到的載波相位，然后求解流動站的實(shí)時坐標(biāo)，該方法初始化速度慢，定位精度稍差，稱為準(zhǔn)RTK技術(shù)。第二類是差分法，即求解起始相位整周模糊度，又稱RTK初始化，然后再進(jìn)行實(shí)時差分，是真正的RTK技術(shù)。差分法要求基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)實(shí)時的把觀測數(shù)據(jù)及一直數(shù)據(jù)傳輸給流動站GPS接收機(jī)，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到4顆或以上衛(wèi)星后，可實(shí)時求解除厘米級的流動站位置。

二、RTK測圖

本文以在鄭州市北環(huán)與中州大道1∶500地形圖實(shí)踐為例，結(jié)合實(shí)際情況介紹了RTK技術(shù)在地形圖測繪中的應(yīng)用。

1. 測區(qū)概況。該測量工程位于107國道(中州景觀大道)——北三環(huán)路與鄭東新區(qū)交界處，東西長2.3公里，南北長1.7公里，沿立交橋規(guī)劃紅線外100米為測量范圍，面積為1.47平方公里。

該區(qū)域?qū)贃|西、南北交通交匯處，車輛多、噪音大、車速高，給測量工作帶來了較大困難。整個測區(qū)地勢平坦，屬黃河沖積平原，自然坡度在1—2%，地面標(biāo)高在84—99米之間，現(xiàn)狀107國道、北三環(huán)路兩側(cè)為城市綠化地；區(qū)域東部有軍事管理區(qū)，進(jìn)入困難；區(qū)域東部森林公園內(nèi)樹木密集、枝繁葉茂、覆蓋率占90%以上；農(nóng)貿(mào)市場大貨車亂停亂放，通視條件極差；小型倉庫、工廠、維修場所建筑物極不規(guī)矩、隨意搭建；地下管線交錯復(fù)雜、調(diào)查難度大。綜上所述地形困難程度定為II類。

2. 已知測繪資料。該區(qū)域已收集到甲方提供的L1—2、L2—2、L3—2控制點(diǎn)，這些點(diǎn)均系1954年北京坐標(biāo)系，3度帶測量成果，帶號為38度帶。點(diǎn)位保存良好，可作為本測區(qū)平面控制測量起算數(shù)據(jù)使用。

3. 作業(yè)依據(jù)。結(jié)合本工程的實(shí)際要求和特點(diǎn)，以《全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范》、《國家三，四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》、《城市測量規(guī)范》、《市政工程堪測規(guī)范》、《1∶5001∶1001∶200地形圖圖式》、《測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定》等規(guī)范的要求和項目合同書中的有關(guān)特殊要求，作為工程項目具體實(shí)時的依據(jù)。

4. 儀器設(shè)備及人員安排。拓普康Hiper-GD型GPS接收機(jī)3臺，測圖軟件CASS7.0兩套。組織兩組，每組2人，1人操作儀器，1人繪草圖。

5. 外業(yè)數(shù)據(jù)采集。利用已知資料進(jìn)行了測區(qū)內(nèi)的平面及高程控制網(wǎng)的布設(shè)、觀測和平差解算工作。在以上控制成果的基礎(chǔ)上，對測區(qū)內(nèi)部分區(qū)域利用RTK進(jìn)行地形圖測繪。

（1）基準(zhǔn)站的架設(shè)?；鶞?zhǔn)站的正確安置是順利實(shí)施RTK的關(guān)鍵之一，在架設(shè)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）視野開闊，周圍無高度角超過10°的障礙物；2）須遠(yuǎn)離大功率天線發(fā)射源，并遠(yuǎn)離高壓輸電線路；3）附近不得有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號的物體；4）周圍無GPS信號反射物，以減少多路徑誤差；5）能方便的發(fā)播或傳送差分改正信號；6）便于安置接收機(jī)和人員操作；同時，基準(zhǔn)站與流動站的間距應(yīng)考慮GPS發(fā)射電臺的功率和覆蓋能力，應(yīng)盡量架設(shè)在相對較高的位置，以獲得最大的數(shù)據(jù)通訊半徑。

（2）基準(zhǔn)站設(shè)置。在已知點(diǎn)上架設(shè)好GPS接收機(jī)和天線，輸入基準(zhǔn)站的WGS-84坐標(biāo)和BJ54坐標(biāo)、天線高，待基準(zhǔn)站電臺指示燈顯示發(fā)出通訊信號后，流動站即可開展工作。基準(zhǔn)站接收機(jī)接收到衛(wèi)星信號后，由衛(wèi)星星歷和測站已知坐標(biāo)計算出測站至衛(wèi)星的距離ρ真距，用觀測量ρ偽距與計算值比較，得到偽距差分改正數(shù)△ρ=ρ真距-ρ偽距.偽距差分改正數(shù)和載波相位測量數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸發(fā)射電臺發(fā)送給流動站，一個基準(zhǔn)站提供的差分改正數(shù)可供接收到基準(zhǔn)站信號的數(shù)個流動站使用。

（3）流動站工作。通過手簿建在輸入其他至少兩個已知控制點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和BJ54坐標(biāo)，并求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，用其中一個點(diǎn)進(jìn)行校正。流動站接到GPS衛(wèi)星信號的同時，也接收到由數(shù)據(jù)通訊電臺發(fā)送來的偽距差分改正數(shù)和載波相位測量數(shù)據(jù)，這個過程所需時間不到1min，只要接收到四顆及以上衛(wèi)星和基準(zhǔn)站的信息，測量人員即可在短時間內(nèi)獲知所測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

6. 碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集。采用RTK技術(shù)進(jìn)行測圖時，選擇“測量/點(diǎn)測量”，進(jìn)入點(diǎn)測量功能。進(jìn)行單點(diǎn)測量，并顯示測量過程。架設(shè)好基準(zhǔn)站后，在點(diǎn)位精度合乎要求的情況下，僅需一人攜帶流動站在待測的碎部點(diǎn)上呆一兩秒鐘，并同時輸入特征編碼，通過電子手簿或便攜式電腦記錄，在地形較復(fù)雜的情況下，最好是現(xiàn)場畫出草圖，以便內(nèi)業(yè)時編圖。

7. 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。當(dāng)天外業(yè)采集數(shù)據(jù)應(yīng)及時進(jìn)行內(nèi)業(yè)的數(shù)據(jù)處理并編輯成圖，以免遺忘影響成圖的準(zhǔn)確性或返工重測。

（1）RTK數(shù)據(jù)下載：①利用Topcon的FC-1000手簿將外業(yè)觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)出到手簿的硬盤上。利用MicrosoftActivesync軟件將手簿與計算機(jī)連接，將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)復(fù)制到計算機(jī)上，得到*.txt數(shù)據(jù)文件。②利用MicrosoftOfficeWord2003將*.txt數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為CASS7.0的默認(rèn)格式的*.dat數(shù)據(jù)文件。③在CASS7.0將*.dat數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，進(jìn)行成圖編輯。

（2）繪制地形圖：打開CASS7.0，新建文件并輸入圖形比例尺1∶500，啟動展點(diǎn)命令，將*.dat數(shù)據(jù)文件輸入，然后根據(jù)外業(yè)所繪草圖，人機(jī)交互編輯，利用CASS7.0提供的圖式符號庫進(jìn)行相應(yīng)外業(yè)點(diǎn)的繪制和連線。對于一些與地形圖規(guī)范要求有差別的地方需要作編輯處理。

8. 精度分析。根據(jù)測圖規(guī)范要求，圖根點(diǎn)對于最近控制點(diǎn)的平面位置中誤差不得超過圖上±0.1mm，換算成實(shí)地點(diǎn)位中誤差為5cm。RTK測點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為±1.5cm~±2cm,完全滿足精度要求。

三、結(jié)論

1. 避免粗差：徹底擺脫了由于粗差或傳統(tǒng)作業(yè)方式中人為誤差造成的重返工，提高了GPS作業(yè)效率。大大縮短了工期。

2. 作業(yè)效率高：進(jìn)行地形測量，每小組每天可以完成0.8～1.5km3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. 測量精度高：實(shí)時動態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗，可獲得厘米級精度的測量成果。

4、點(diǎn)位精度分布較均勻：每個點(diǎn)的誤差均為隨機(jī)產(chǎn)生，不會像傳統(tǒng)測量產(chǎn)生誤差積累，成果可靠。