徐伯青 芮軍棟 劉勇

?

拓普康HiperⅡG型RTK對(duì)像控點(diǎn)的采集

徐伯青 芮軍棟 劉勇

(西安測(cè)繪總站 陜西西安 710054)

用拓普康系列RTK做像控采集是航測(cè)外業(yè)控制點(diǎn)測(cè)量常用到的重要裝備和解決方案。本文對(duì)拓普康HiperⅡG RTK的技術(shù)特點(diǎn)、設(shè)置方法、測(cè)量精度做了較為詳細(xì)闡述，總結(jié)了其在外業(yè)應(yīng)用過(guò)程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題及注意事項(xiàng)。

HiperⅡG型RTK 特點(diǎn) 精度對(duì)比

1 引言

HiperⅡG型RTK是日本拓普康公司針對(duì)中國(guó)用戶(hù)本土化生產(chǎn)制造的第一款測(cè)量型GNSS產(chǎn)品，也是Hiper系列的第二代產(chǎn)品（如圖1所示）。其國(guó)際原裝的外觀設(shè)計(jì)、拓普康先進(jìn)的GNSS技術(shù)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的綠色環(huán)保材料、已實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造的四大要素，自2010年上市以來(lái)受到各類(lèi)用戶(hù)的青睞。在實(shí)際的航測(cè)外業(yè)像控點(diǎn)的測(cè)量過(guò)程中，HiperⅡG型RTK可快速、高效測(cè)量得到毫米級(jí)的定位精度，滿(mǎn)足了航測(cè)外業(yè)的作業(yè)需要。

2 主要技術(shù)特點(diǎn)

2.1 無(wú)連接電纜的RTK基準(zhǔn)站及流動(dòng)站，可完成GPS+GLONASS RTK和靜態(tài)測(cè)量。HiperⅡG基準(zhǔn)站、流動(dòng)站內(nèi)置發(fā)射/接收電臺(tái)，無(wú)需要連接外置電臺(tái)，從此告別了基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間繁瑣的電纜連線(xiàn)，在外業(yè)任務(wù)中減少了大量電纜配件的攜帶，極大程度地釋放了雙手。具有外置數(shù)字UHF電臺(tái)功能。能夠接收GPS、GLONASS兩種信號(hào)，可做RTK和靜態(tài)測(cè)量。

2.2 其內(nèi)置GSM/CDMA模塊，兼有網(wǎng)絡(luò)RTK功能。HiperⅡG集成GSM或CDMA兩種類(lèi)型的移動(dòng)通信模塊可選，全內(nèi)置一體化設(shè)置。這為外業(yè)人員在CORS站密集區(qū)域人工采集像控點(diǎn)提供了最為高效、便捷的方法，省去了基準(zhǔn)站的架設(shè)、校正等步驟，節(jié)省了大量的工作時(shí)間，提高了工作效率。

2.3 完備的Topcon Tools GNSS數(shù)據(jù)管理和后處理軟件。Topcon Tools軟件提供從外業(yè)測(cè)量到最終成果的解決方案，可以編輯復(fù)雜的數(shù)據(jù)，直接對(duì)拓普康GNSS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析。測(cè)量采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于手薄中，導(dǎo)出后即可用數(shù)據(jù)線(xiàn)接入計(jì)算機(jī)使用。

2.4 具有支持SD/SDHC卡存儲(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)功能。連續(xù)測(cè)量作業(yè)或者靜態(tài)觀測(cè)時(shí)必須具備大容量的存儲(chǔ)。拓普康HiperⅡG支持日常所用的SD/SDHC4G及以上更大容量的存儲(chǔ)卡。

2.5 多功能指示的LED燈與語(yǔ)言提示。拓普康HiperⅡG基準(zhǔn)站、流動(dòng)站面板上均有豐富、統(tǒng)一、準(zhǔn)確的LED指示燈，這讓操作者通過(guò)視覺(jué)一目了然地掌握基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的工作狀態(tài)。同時(shí)，HiperⅡG也具有親切的各種語(yǔ)音提示功能，如衛(wèi)星信號(hào)中斷、電臺(tái)中斷、電量多少、內(nèi)存不足、開(kāi)關(guān)機(jī)等，極大方便了作業(yè)人員通過(guò)語(yǔ)音了解掌握基準(zhǔn)站、流動(dòng)站的工人作狀態(tài)，大大提升了工作效率。

2.6 堅(jiān)固、靈巧的鎂合金外殼，既增強(qiáng)了野外作業(yè)防止磕碰的強(qiáng)度，同時(shí)也減輕了負(fù)重，外攜作業(yè)十分方便，如圖2所示。

圖2 ??

3 對(duì)航測(cè)外業(yè)像控點(diǎn)的快速測(cè)量

3.1 陜西漢中某測(cè)區(qū)位于漢江上游、秦嶺南麓，東經(jīng)106°51′～107°10′，北緯33°2′～33°22′之間。某測(cè)區(qū)航片像控點(diǎn)，用拓普康HiperⅡG通過(guò)RTK方式可快速完成點(diǎn)位座標(biāo)的采集。航攝面積370平方千米，設(shè)計(jì)分辨率0﹒25～0﹒35m，成圖比例尺1：5000，飛行高度3300～4100m。依據(jù)相關(guān)規(guī)范及技術(shù)要求布設(shè)像控點(diǎn)，共布設(shè)像控點(diǎn)位50個(gè)，其中檢驗(yàn)區(qū)14個(gè)、驗(yàn)證區(qū)36個(gè)。

3.2 作業(yè)流程

3.2.1 基準(zhǔn)站的架設(shè)

根據(jù)飛行區(qū)域面積、航線(xiàn)條數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算出基準(zhǔn)站點(diǎn)位個(gè)數(shù)。點(diǎn)位布設(shè)要控制在拓普康HiperⅡG RTK有效準(zhǔn)確的工作范圍內(nèi)，一般取10km內(nèi)的距離選擇適合做基準(zhǔn)站的點(diǎn)位。基準(zhǔn)站的設(shè)計(jì)應(yīng)該堅(jiān)持以下幾項(xiàng)原則：（1）基準(zhǔn)站四周應(yīng)當(dāng)空曠、開(kāi)闊，地勢(shì)較高的地方，在10～15°以上的范圍內(nèi)不要有遮掩物體。（2）在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，基準(zhǔn)站架設(shè)要盡可能地避開(kāi)多路徑效應(yīng)易發(fā)生的區(qū)域，如鋼結(jié)構(gòu)建筑、河流湖泊、反射較強(qiáng)的物體等。（3）基準(zhǔn)站也要遠(yuǎn)離大功率發(fā)射裝置、高壓線(xiàn)等，防止電磁輻射對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。（4）拓普康HiperⅡG基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)射功率是一定的，信號(hào)強(qiáng)弱隨距離、具體環(huán)境不同而有較大差異，要考慮到信號(hào)的不穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，測(cè)量時(shí)應(yīng)該根據(jù)具體的工作環(huán)境選擇架站的地點(diǎn)和工作距離。（5）基準(zhǔn)站最好架設(shè)在測(cè)區(qū)的中間，使電臺(tái)信號(hào)能夠更好地覆蓋?；鶞?zhǔn)站必須保持水平，否則測(cè)量結(jié)果誤差較大。（6）基準(zhǔn)站架設(shè)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)選擇在交通便利、人員上下方便的地方，以便提高架設(shè)的速度。

3.2.2 基準(zhǔn)站、流動(dòng)站的參數(shù)設(shè)置

基準(zhǔn)站、流動(dòng)站架設(shè)好之后，需要通過(guò)手簿對(duì)基準(zhǔn)站、流動(dòng)站分別進(jìn)行操作設(shè)置,如圖3所示。

圖3 ??

基準(zhǔn)站設(shè)置：（1）在開(kāi)始菜單中找到TOPSURV圖標(biāo)，雙擊該圖標(biāo)，運(yùn)行TOPSURV8軟件；（2）在“打開(kāi)作業(yè)”對(duì)話(huà)框點(diǎn)擊“新建”，創(chuàng)建作業(yè)，輸入作業(yè)名稱(chēng)后繼續(xù)；（3）基準(zhǔn)站如使用外置電臺(tái)，選擇外置電臺(tái)配置集；（4）設(shè)置電臺(tái)配置集有關(guān)文件，包括儀器的類(lèi)型、電臺(tái)的類(lèi)型、電臺(tái)通訊協(xié)議與調(diào)制方式、坐標(biāo)類(lèi)型等；（5）所有的設(shè)置結(jié)束，保存設(shè)置，完成新項(xiàng)目的配置；（6）選擇基準(zhǔn)站后連接；（7）選擇手簿所對(duì)應(yīng)的GPS接收機(jī)編號(hào)，手簿通過(guò)藍(lán)牙連接到GPS接收機(jī)，右上角的“連接指示圖標(biāo)”將由灰色轉(zhuǎn)為綠色；（8）點(diǎn)擊左上角拓普康標(biāo)志，選擇“切換菜單”，點(diǎn)測(cè)量，設(shè)置基準(zhǔn)站；（9）輸入基準(zhǔn)站參考坐標(biāo)，基準(zhǔn)站設(shè)置成功后，關(guān)閉對(duì)話(huà)框。

流動(dòng)站設(shè)置：（1）使手簿斷開(kāi)基準(zhǔn)站連接，選擇流動(dòng)站連接；（2）手簿連接到流動(dòng)站GPS接收機(jī)；（3）點(diǎn)擊“surv//t”狀態(tài)欄，打開(kāi)流動(dòng)站狀態(tài)頁(yè)面，顯示流動(dòng)站狀態(tài)；（4）點(diǎn)擊左上角拓普康圖標(biāo)，再次設(shè)置電臺(tái)。確認(rèn)流動(dòng)站電臺(tái)通道要和基準(zhǔn)站的通道號(hào)一致，后點(diǎn)擊“設(shè)置電臺(tái)”，流動(dòng)站電臺(tái)設(shè)置完畢。（5）點(diǎn)“surv//t”中的“狀態(tài)”“系統(tǒng)欄”，可以查看到“點(diǎn)位類(lèi)型”和基站電臺(tái)的信號(hào)強(qiáng)度；（6）流動(dòng)站設(shè)置結(jié)束，點(diǎn)位類(lèi)型處于固定解狀態(tài)下就可以測(cè)量像控點(diǎn)了。在“點(diǎn)測(cè)量”頁(yè)面輸入點(diǎn)名，使對(duì)中桿氣泡保持水平，點(diǎn)擊“存儲(chǔ)”標(biāo)志，軟件會(huì)自動(dòng)記錄這個(gè)點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、橢球高等信息。

基準(zhǔn)站、流動(dòng)站設(shè)置好以后，開(kāi)始測(cè)量像控點(diǎn)之前，用兩臺(tái)流動(dòng)站對(duì)測(cè)區(qū)已知的控制點(diǎn)進(jìn)行檢核，以確保兩臺(tái)流動(dòng)站的測(cè)繪精度一致，最大限度控制測(cè)量誤差在合理的范圍內(nèi)。

4 測(cè)量結(jié)果及精度分析

以像控測(cè)量某一天的數(shù)據(jù)采集成果說(shuō)明拓普康HiperⅡG型RTK的測(cè)量精度。

4.1 對(duì)已知控制點(diǎn)的檢核：

表1 ??

表2 ??

4.2 對(duì)當(dāng)天采集成果任意取3個(gè)像控點(diǎn)進(jìn)行兩次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較如表3：

表3：??

分別通過(guò)檢核點(diǎn)及同一點(diǎn)位的兩次測(cè)量比較，其誤差都在合理的范圍內(nèi)，符合1:5000外業(yè)數(shù)字測(cè)圖規(guī)程及任務(wù)設(shè)計(jì)書(shū)要求。在嚴(yán)格按照作業(yè)條件下使用該設(shè)備，拓普康HiperⅡG型RTK的測(cè)量精度是很高的，能夠完全滿(mǎn)足外業(yè)像控測(cè)量的精度要求，與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比具有很大的優(yōu)越性。

5 實(shí)地作業(yè)中遇到的問(wèn)題

（1）受外置電臺(tái)發(fā)射功率的影響，像控點(diǎn)采集的精度會(huì)有較大變化。為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可用，我們一般在10KM范圍內(nèi)架設(shè)基準(zhǔn)站、作業(yè)，要防止因距離過(guò)遠(yuǎn)、信號(hào)不穩(wěn)定而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差較大的情況。（2）基準(zhǔn)站、流動(dòng)站電池衰減很快。特別是連續(xù)使用2年以上及長(zhǎng)時(shí)間不用的鋰電池，全天滿(mǎn)負(fù)荷工作的狀態(tài)下，需要多塊電池保證即時(shí)供給。

（3）外置電臺(tái)模式工作條件下，供基準(zhǔn)站電臺(tái)工作的電瓶在高溫、嚴(yán)寒的不利條件下，性能穩(wěn)定性會(huì)變差，需要定期維護(hù)電瓶或更換。（4）受時(shí)間、空間狀況的限制。衛(wèi)星數(shù)目的多少和電離層的干擾是影響RTK測(cè)量精度的兩大因素。上午11時(shí)之前或者15時(shí)之后，RTK測(cè)量值準(zhǔn)確值高、采集速度快。（5）磁場(chǎng)、電場(chǎng)嚴(yán)重干擾RTK設(shè)備的作業(yè)精度。實(shí)時(shí)測(cè)量時(shí)如RTK處于城區(qū)高樓林立、金屬材料物體、電線(xiàn)或大功率發(fā)射器等物體周?chē)鷷r(shí)，流動(dòng)站將不能有固定解。（6）手簿初始化速度較慢，偶爾會(huì)有死機(jī)的情況出現(xiàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

拓普康HiperⅡG型RTK是日本拓普康公司GNSS產(chǎn)品中Hiper系列的第二代產(chǎn)品，目前第五代產(chǎn)品Hiper V已經(jīng)在市面上銷(xiāo)售。拓普康Hiper系列產(chǎn)品鎖星快、跟蹤能力強(qiáng)、抗干擾強(qiáng)、精度高、實(shí)時(shí)定位等優(yōu)點(diǎn)極大地提高了航測(cè)外業(yè)的工作效率。相信隨著RTK測(cè)量技術(shù)不斷發(fā)展、完善，會(huì)有更好的產(chǎn)品應(yīng)用于航測(cè)專(zhuān)業(yè)。

[1] 劉瑛.RTK在航測(cè)像控點(diǎn)測(cè)量中的應(yīng)用[J].太原科技，2009(1).

[2] 嚴(yán)勇，龔憶清，袁銘.GPS RTK技術(shù)在蘇州西部地區(qū)像控測(cè)量中的應(yīng)用[J].工程勘察，2006(1).