王克曉

(天津鐵道職業(yè)技術學院，天津 300240)

0 引 言

地形圖測量中，利用GPS RTK進行數(shù)據(jù)采集是大部分測圖中的重要環(huán)節(jié)[1]。在某些工程中單純使用GPS RTK采集數(shù)據(jù)可能會造成效率低，周期長等缺點[2]。因此，利用GPS RTK采集數(shù)據(jù)的機理和特點，結合手持GPS自身采集數(shù)據(jù)的特點，將兩者結合起來共同采集數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理，從而得到地形圖數(shù)據(jù)。實驗結果表明：該方法大大減少了作業(yè)時間，進一步提高了測圖的效率。

1 RTK與手持機測量系統(tǒng)

實時動態(tài)(RTK)定位測量系統(tǒng)按軟硬件系統(tǒng)來劃分包括GPS接收機，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和TTK測量軟件系統(tǒng)三部分組成。為了提高測量精度，手持機也要求基準站參與。

1)GPS接收機：RTK GPS測量系統(tǒng)中至少包括兩套GPS接收機，其中一臺置于基準站上，另一臺或若干臺，分別安置于不同的用戶站上。手持GPS內(nèi)置高性能GPS/SBAS接收機和L1/L2雙頻天線使得測量更簡便。RTK GPS和手持GPS的基準站都應設在測區(qū)較高點上，且觀測條件良好。在作業(yè)中，基準站的接受機應連續(xù)跟蹤全部可見衛(wèi)星，并將觀測數(shù)據(jù)實時地發(fā)給用戶站。GPS接收機一般為雙頻機。當系統(tǒng)中包含多個用戶接收機時，采樣本應與接收機采樣相同。手持GPS無需擔心這個問題，因為手持機的接收機和天線以及手簿是一體的[3-5]。

2)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：基準站同用戶流動站之間聯(lián)系是靠數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(簡稱數(shù)據(jù)鏈)實現(xiàn)。數(shù)據(jù)傳輸設備是完成事實動態(tài)測量的關鍵設備之一，對于RTK的數(shù)據(jù)傳輸由調(diào)制解調(diào)器和無線電臺組成。在基準站上利用調(diào)制解調(diào)器將有關數(shù)據(jù)進行編碼調(diào)制，再由無線電臺發(fā)射出去。在用戶站上，利用無線電接收機將其接收下來，再由解調(diào)器將數(shù)據(jù)還原，并發(fā)送給流動站上的電子手簿。對于手持機無需用內(nèi)置電臺，在80 km范圍內(nèi)都可收到信號。

3)RTK測量的軟件系統(tǒng)功能和質量，對于保障實時動態(tài)測量的可行性測量結果的可靠性以及精度具有決定性的意義。實時動態(tài)測量軟件系統(tǒng)應具備的基本功能為：

①整周未知數(shù)的快速解算。②根據(jù)相對定位原理，實時解算用戶站的WGS-84坐標系中的三維坐標。③根據(jù)已知參數(shù)，進行坐標系統(tǒng)的轉換。④求解坐標之間的轉換參數(shù)。⑤解算結果的質量分析與評價。⑥作業(yè)模式(靜態(tài)、準動態(tài)、動態(tài))的選擇與轉換。⑦測量結果的顯示與繪圖。

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

2 GPS RTK和手持GPS的聯(lián)合作業(yè)方法及實踐舉例

架設基準站(GPS接收機、天線、電臺)以及流動站(GPS接收機和手簿)連接完成后，依次啟動基準站GPS接受機，電臺，流動站GPS接收機和手簿[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，一望無際的白雪，致使通視情況極好。測區(qū)內(nèi)道路比較發(fā)達，有利于測量。這次檢核測量是有目的進行的，與傳統(tǒng)的地形測量有很大的差別，在精度方面要求不是很高，所以采用手持GPS對這次檢核測量工作的速度有很大的提高。采用1+2 RTK一套進行工程測量；1+2手持GPS一套進行邊界和地類測量。RTK流動站每組兩人，手持GPS組每組一人。采用先控制后測圖的方法施測。手持GPS配合RTK可實現(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，檢核測量的比較全面，質量比較高，使得結果更接近實際情況。

聯(lián)合作業(yè)的大致過程可以通過圖2～6說明。

圖2的左圖主要是表示邊界和地類的點，邊界和地類都是不規(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。

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

根據(jù)RTK的特點，可以得到如圖5所示的大致圖形，整個項目區(qū)的工程清晰可見。如果用手持機無法得到這種圖形，特別是路溝渠的交叉點無法準確得到，但是，RTK以其高精度就能解決這個問題。

手持式GPS在實際使用中需要設置很多參數(shù)，而且對當?shù)氐淖鴺藚?shù)要求很高，天寶公司給出的參數(shù)很貼近實地，手持機測出的點位坐標與GPS RTK測出的點位坐標基本一致，而且能夠保證所需的測圖精度。兩者合圖以后可以清晰的得到項目區(qū)的信息，基本滿足這次土地整理核查的要求。

圖2 手持機原始點(左)和RTK原始點(右)

這次土地整理測圖數(shù)據(jù)復查主要是用到南方RTK與天寶手持GPS聯(lián)合應用。RTK精度高，主要用于工程測量，因為工程在土地整理復查中占到很大的比例，稍微差一點的就是地類的區(qū)分，天寶手持GPS的精度可以滿足要求[6-7]。對于邊界，由于點位誤差要求的范圍比較大，所以采用亞米級精度的天寶手持GPS.對于沒有控制點或者是控制點被破壞的測區(qū)，還需要用到南方的靈銳S86 GPS進行靜態(tài)觀測，求出測區(qū)的轉換參數(shù)，以便達到土地整理復查的精度要求，由于邊界點的坐標在這次測量中很重要，所以測量的邊界坐標點的坐標必須記錄下來，并且要顯示在復查圖上。如果單純的去一個一個的在圖上找點顯得很費時費力。所以如果利用計算機實現(xiàn)坐標點坐標的自動提取，就會省時省力。

圖3 手持機原始點放大后(左)和手持機畫出的圖放大后(右)

圖4 手持機原始點畫出的圖形圖(左)和手持機原始點圖放大后(右)

圖5 RTK原始點畫出的圖形(左)和 RTK原始點畫出的圖形放大后(右)

圖6 二者合圖(左)和二者合圖放大后(右)

3 結束語

施測過程中以RTK施測為主，在一些精度要求低的地方，采用手持GPS測量。GPS RTK以其特有的作業(yè)方式，高精度，實時性的優(yōu)點，在各種測量項目上應用廣泛。基于實時H-Star技術的手持GPS可直接接收和解算RTK改正數(shù)據(jù)，差分定位精度遠達半米以內(nèi)。體積小巧、攜帶方便、可以獨立使用的手持GPS是一種全天候實時定位導航設備。該手持機具有靈敏度高,存貯量大,外部接口齊全等特點,在很多領域得到了廣泛的運用。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)濟效益。但是，如果要求更高的精度，手持機是否還可以與RTK聯(lián)合使用，還需驗證。

[1]朱冬海.GPS RTK技術用于水庫水下地形測量[J].山西建筑,2008(26)：349-350.

[2]楊 波,朱樹葉.GPS RTK技術在太中(銀)鐵路勘測定界中的應用[J].東北水利水電,2009(12):66-67.

[3]方榮新.高采樣率GPS數(shù)據(jù)非差精密處理方法及其在地震學中的應用研究[D].武漢：武漢大學,2010.

[4]張麗娜,楊志強,歐 龍,等.手持式GPS定位誤差的研究[J].工程地球物理學報,2006,3(6):478-483.

[5]滕云龍.GPS接收機數(shù)據(jù)處理技術研究[D].成都：電子科技大學，2011.

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[7]程新文,陳性義.手持式GPS定位精度研究[ J].測繪通報,2004(9):20-22.