GPS—RTK在大比例尺地形测图中的技术与应用

GPS—RTK在大比例尺地形测图中的技术与应用
摘要：如今GPS—RTK已经在测绘行业占有重要的一席地位，原有的测绘方法已经满足不了现在的速度和精度上要求，本文主要介绍一下GPS—RTK在大比利尺测绘当中的技术和应用。

关键词：RTK技术;地形；工作原理：数字化成图
1、前言
使用GPS—RTK进行数字化测图几乎完全取代了传统的全站仪、经纬仪配合平板、经纬仪配合量角器等大比例尺地形图的测绘方法,从而使测绘方法无论在精度上还是速度上都发生了质的飞跃,大大降低了测绘工作者的劳动强度;但GPS—RTK数字测图和传统测绘方法在测量原理上并没有本质上的区别,同样是先控制后测图。

使用全站仪易受通视条件的限制,需要频繁搬站,在山地测区进行地形测量时则更加困难.RTK技术可以在不布设各级控制网的情况下,仅根据一定数量的基准点便可以快速地解算出厘米级的地形、地物点的坐标,且不受通视条件的限制,不需要频繁搬站,减少了工作的时间和速度。

但是,GPS-RTK和全站仪各有其适用条件,对于复杂的测区环境(如测区上空有遮挡或是地形起伏较大、地物繁多等),如果单独使用一种仪器进行作业,就可能会影响工程的进度甚至无法完成项目。

为此,本文提出了应用GPS-RTK与全站仪联合作业的方法,即在进行地形测量时,空旷地区的地形、地物用RTK测之;村庄、城市内的建筑物、构筑物用RTK实时给出图根点的三维坐标,然后用全站仪测之
2、GPS—RTK的工作原理
RTK分为基准站和移动站。

基准站架设在一个固定的地方，接收卫星数据并进行差分处理，计算出改正参数，并通过电台或者其他方式发送到流动站。

流动站，架设在测量点上，接收卫星数据和基准站差分数据，计算出高精度的绝对位置解。

实时载波相位差分我们知道，GPS静态测量的方法是各个接收机独立观测，然后用后处理软件进行差分解算。

那么对于RTK测量来说，仍然是差分解算，只不过是实时的差分计算。

也就是说，两台接收机（一台基准站，一台流动站）都在观测卫星数据，同时，基准站通过其发射电台把所接收的载波相位信号（或载波相位差分改正信号）发射出去；那么，流动站在接收卫星信号的同时也通过其接收电台接收基准站的电台信号；在这两信号的基础上，流动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确地定出基准站与流动站的空间相对位置关系。

在这一过程中，由于观测条件、信号源等的影响会有误差，对于我们Z-X接收机来说，此部分的仪器标定误差为平面1cm+1ppm，高程上由于受电离层以及对流层的影响较大，精度略逊。

坐标转换空间相对位置关系不是我们要的最终值；因此还有一步工作就是把空间相对位置关系纳入我们需要的坐标系中。

也就是说，要通过坐标转换把GPS 的观测成果变成我们需要的坐标。

这个工作有多种模型可以实现，我们的软件采用的是平面与高程分开转换，平面坐标转换采用先将GPS测得成果投影成平面坐标，再用已知控制点计算二维相似变换的四参数，高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型，利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常，从而求出他们的高程。

坐标转换也会带来误差，该项误差主要取决于已知点的精度和已知点的分布情况
由于我们测量要得到绝对位置的网格坐标，因此需要做点校正，一般需要四个已知点，通过已知点的经纬度坐标和网格坐标，计算出转换参数。

然后将转换参数应用到测量点上，得到高精度的固定解。

基准站的坐标一般为已知坐标，移动站接收卫星数据后，经过软件进行处理求解使精度达到最高。

基本形式如下：GPS系统由三大子系统构成，空间卫星系统、地面监控系统、信号接收系统，以一台输入54或者是80的坐标系统的GPS接受机作为主站，另一台或者多台接收机设置为流动站，基准站和移动站同时接收同一时间相同的GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与以知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。

然后将这个改正值及时地通过无线电数据链传递给流动站以精化其GPS观测值，得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。

流动站可处于固定状态
3、GPS—RTK点的校正方法
GPS—RTK的三种常规校正方法（单点校正、多点校正、参数校正）
（1）单点校正方法的高程校正精度要大大的低于平面坐标的校正精度，而两个平面坐标方向的校正精度也很不均匀，X坐标的校正精度要大大低于Y坐标的校正精度。

（2）多点校正方法的高程程校正精度也大大的低于平面坐标的校正精度，而两个平面坐标方向的校正精度仍不均匀，X坐标的校正精度要大大低于Y坐标的校正精度。

（3）经过参数校正的坐标和高程的精度相对于较高且其精度较为均匀。

多点校正的精度及其均匀性次之，单点校正的精度及其均匀性较差。

主要的原因是单点校正的过程中仅考虑平移的3个参数不考虑旋转参数及比例因子，而参数校正是通过7个参数进行。

其效果是所有点都进行了校正，有其整体性，所以其校正的效果较好。

用7参数校正弥补了上面单点和多点校正的不足，使其精度更为均匀。

4、南方86T双频双星的RTK架设操作步骤，
（1）基准站的架设、
基准站架设的好坏，直接影响移动站的工作效率和速度，并对移动站的测量质量有着深远的影响，基准站架设应注意一下几点。

1、在15度截止高度角以上的空间部应没有障碍物。

2、邻近不应该有强电磁辐射源，以免对RTK信号造成干扰。

3、基准站最好选在地势较高的地方以便利于电台的作用距离。

4、地面稳固，易于点的保存。

如果将基准站架设在不符合上面条件的时候，接收机的卫星信号很容易产生畸变，影响RTK的差分质量，移动站很难固定解。

基准站架设完后，先开电台，在开主机，基准站会自动进入发射模式。

（2）移动站
移动站开机后，接收到基准站电台发射的信号，当前状态为固定解的时候，就可以开始测量。

5、野外碎部点测量与内业数据处理、成图
（1）碎部点测量
GPS—RTK测量碎部点的作业模式可以分为“点模式”和“线模式”两种。

在连续地形测量时，若碰到一些独立地物，则可以将“线模式”暂停，当独立地物用“点模式”测量完成后，在继续进行连续地形测量。

（2）内业数据处理
使用南方86T双频双星的RTK内业数据处理主要包括GPS数据处理和CASS软件进行数字化成图两项内容。

前者所需要的时间比较短。

而后者就比较麻烦，需要很长的时间。

CASS软件需要接收一定格式的数据最基本的格式如下：
1,,32141.774,45678,123.421//点名，，X, Y, H
2,,67589.890,36446.213.325//点名，，X, Y, H
应先在移动站的手簿上进行数据转换，转换成CASS软件所需的DAT格式。

然后应用Microsoft ActiveSync软件实现与RTK连接，把数据下载到计算机上。

这样就实现了RTK数据和CASS软件的数据格式的统一，为内业成图做好准备。

（3）编制地形图
打开CASS软件，启用展点命令，该变地形图当前的比例尺，将上述的数据文件导入,CASS软件上会显示一天所测绘的所有点号。

在启用展高程点，也是将上述的文件导入软件中。

关闭高程点图层，根据外业所绘制的草图，人机交互编辑，点连线成图。

将野外点按CASS提供的图式符号库连线后，对于一些与地形规范要求有差别的地方需要作编辑处理。

6、结束语
RTK数字化测图与全站仪数字化测图相比，具有作业距离长、人员配置少、通视要求低、误差不累积、实时提供经过检验的成果资料，无需数据后处理。

拥有彼此不通视条件下远距离传递三维坐标的优势，并且不像全站仪测量那样产生误差累积，定位精度高，数据安全可靠。

在数字化测图中，采用RTK技术数字化测图与全站仪协同作业效果将更佳。