RTK技术在地形测量中的应用

1 绪论
过去的手工绘图，经纬仪与塔尺的时代离我们远去，过去不不仅劳动强度大，更需要投入大量的人力物力而测量精度还受到仪器与人为因素的影响不能得到充分的保障。

随着电子测量技术的不断发展,电子全站仪GPSRTK等现代化的测量仪器逐渐取代经纬仪在地籍测量中发挥着越来越重要的作用，GPS新技术的出现，可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标。

特别是应用RTK新技术，甚至可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地测定界址点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。

1.1GPS、RTK的介绍
1.1.1 GPS技术
GPS系统包括3大部分:空间部分-GPS卫星星座;地面控制部分-地面监控系统;用户设备部分-GPS信号接收机。

空间卫星系统由均匀分布在地球６个轨道平面上的２４颗高轨道工作卫星构成，卫星每２小时沿近圆形轨道绕地球一周，由星载高精度原子钟控制无线电发射机在"低噪声窗口"（无线电窗口中，至８区间的频区天线噪声最低的一段是空间遥测及射电干涉测量优先选用频段）附近发射L1、Ｌ２两种载波，向全球的用户接收系统连续地播发GPS 导航信号。

地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的５个监测站、１个主控站和３个注入站构成。

该系统的功能是：监控站用GPS接收系统测量每颗卫星的伪距和距离差，采集气象数据，并将观测数据传送给主控点。

主控站接收各监测站的GPS卫星观测数据、卫星工作状态数据、各监测站和注入自身的工作状态数据，及时编算每颗卫星的导航电文并传送给注入站；控制和协调监测站间，注入时间的工作，检验注入卫星的导航电文是否正确以及卫星是否将导航电文发给了GPS用户系统；诊断卫星工作状态，改变偏离轨道的卫星位置及姿态，调整备用卫星取代失效卫星。

注入站接受主控站送达的各卫星导航电文并将之注入飞越其上空的每颗卫星用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑的GPS 卫星接收机和GPS数据处理软件构成。

1.1.2RTK技术
RTK系统主要由三个部分做成：一个基准站，若干个流动站和通讯系统，是以载波相位观测为根据的实时差分GPS测量，根据GPS相对定位理论，将一台接收机设置在已知点上（基准站），另一台接收机放在待测点上（移动站），同步采集相同卫星信号。

基准站在接收GPS 信号并进行载波相位测量的同时，通过数据链将其观测值，卫星跟踪状态和测站坐标信息一起传送给移动站；移动站通过数据链接收来自基准站的数据，然后利用GPS控制器内随机实时数据处理软件与本机采集的GPS观测数据组成差分观测值进行实时处理，实时给出待测点
的坐标。

图1为RTK仪器测量示意图
图1 GPS-RTK测量示意图
2.2 RTK的测量方法
2.2.1 “无投影”法
直接用接收机在基准站和流动站接收WGS-84坐标，其后利用观测的已知的WGS-84坐标和相应的地方坐标根据一定的数学模型进行转换。

这种方法基准站不一定安置在已知点上，但根据不同的转换方法，需要观测一定数量的已知点。

2.2.2 “键入参数”法
把用静态观测求得的WGS-84坐标和地方坐标键入到手簿中，进行转换，也可以置入静态观测平差时求取的转换参数。

该方法基准站须架设在已知点上，但可以不观测其它已知点。

设置一台GPS接收机作为基准站，并将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS控制手簿，一台或几台GPS接收机设置为流动站。

基准站和流动站同时接收卫星信号，基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站，流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理，实时得到本站的坐标和高程及其精度指标等，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较，一旦实测精度达到预设精度指标的要求，手簿将提示测量人员是否接受该成果，接受后手簿将测得的坐标、高程及精度同时存储到手簿中。

2.2.3 流动站距基准站的距离
RTK数据链无线电发射机的工作频率目前采用UHF频段，当功率一定时，发射距离随天线高度增加而增加。

该计算距离只能保证厘米级精度,要满足精度,对于一、二级控制点及界址点一般流动站距基准站的距离不要超过10公里。

且要基站和移动台的频率一致，使的移动台能很好的接收到差分信号。

2 GPS RTK 在具体地形测量项目中的应用
GPS技术在农业土地整理也有相当广泛的应用，主要是RTK技术发挥了极大的作用。

正是这种技术的出现，不仅节省了大量的人力、物力还大大节省了外业的观测时间。

下面以仪征市陈集镇高家村土地整理项目为例阐述GSP在地形测量中的应用：
2.1 、项目测区的介绍
仪征市陈集镇高家村位于仪征市西南处，地处丘陵地区，海拔在30-50米，地形较复杂，农田（水稻、旱地、荒地）居多，居民地分散以河、路分布。

水系河流发达，靠近安徽省天长市有省道穿过测区。

2.2、检查主要技术依据
2.2.1《城市测量规范》（CJJ 8-99）；
2.2.2《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73-97）；
2.2.3《1:500 1:1000 1:2000地形图图式》（GB/T7929）
2.2.4 CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》、
2.2.5 CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》、
2.2.6 GB/T 18316-2001《数字测绘产品检查验收规定与质量评定》、
2.2.7 GB 12897—91《国家一、二等水准测量规范》、
2.2.8 CJJ 8-99《城市测量规范》等国家、行业标准以及被检测绘项目的技术设计书，对各类测绘成果的数学精度、地理精度、整饰质量、数据质量、附件质量等相应质量特性进行了检查。

2.3、外业测量前期准备
2.3.1 测区前期的控制点的选取
根据测区的实际情况，进行分区布点。

要求点的位置最好在各个去的中心地带，点位于地势较高的地方且周围要空旷，远离大面积的水域，点尽量不要选在附近有高压线以及信号塔之类对GPS信号有影响的物体，从而减小对基站信号的影响。

埋点，并做好点之记。

2.3.2静态数据采集
根据相关单位提供的国家D级控制点，选定三个或者以上可以控制整个测区的控制点，用GPS的静态模式分别采集位于测区外三个点的WGS-84坐标并记录。

求解平面转换参数，至少要联测三个平面坐标点，求解高程转换参数则需要联测三个高程点。

为了提高地心坐标系与当地坐标系数学模型的拟合程度，进而提高待测点的精度，通常要联测尽可能多的已知点，转换参数的求得通常有两种方法：
(1)充分利用已有的GPS控制网资料，将多个已知点的地心坐标与相应的当地坐标输入电子手簿中，基准站架设在已知点上实地虚拟联测，解算出转换参数；
(2)基准站架设在已知点或未知点上，流动站依次测量各已知点的地心坐标，将各已知点所对应的当地坐标系的平面坐标和高程输入手簿中进行点校正，淘汰校正残差比较大的已知点，从而解算出两坐标系之间的转换参数。

在选去的控制点上架GPS进行静态观测，一般时间在20-30分钟，如遇到地形较复杂的测区，可以退长观测时间。

2.3.3解算参数
打开参数解算软件投影方式为高斯投影3度带设置投影参数中央子午线为120度，如图2
图2 投影参数
将解算参数所需点的坐标依次输入软件里，如图3
图3 计算七参
确定后对框中显示的数据就是所求七参数，如图4
图4 参数求出
2.3.4参数检较
把参数输入到GPS手簿中，在测区中测量已知点的坐标，把测的点的坐标与委托单位所提供的坐标进行比较。

如果差值在要求精度范围内，说明所求的参数是正确的，反之重新解算。

如果参数达标，在已知点上架设基站。

基站设置好以后，测量事先在测区布下的点（以便日后架设基站）的坐标并记录。

2.4、外业施测
地形点的采集可以单人作业，一般是二人作业，一人扛仪器跑点；一个人负责画草图。

保证内业画图是可以很好的连接每一点，而且画图的人也要标注每块地方的地物地貌。

在建筑区内较为开阔的区域进行数据采集，发现RTK的采点速度相当快，由于初始化速度快(小于30s)，并且在线运动过程中不失锁，每个碎部点采集时间不超过2s(含点位代码输人)，因此，采点速度几乎等于走路的速度，可以充分发挥RTK快速高精度定位的优势。

也可以在作业中采用RTK测量模式的优势，准确快速地建立图根控制点，在图根控制点上由全站仪配合电子手簿进行碎部点的数据采集。

该法不像常规图根导线测量那么烦琐，受地形的限制，也不用支仪器设站，从而减少了因多次设站带来的测量累计误差，提高了全站仪碎部点采点的点位绝对精度，使地形测量方便快捷，大大提高了地形测量的工作效率。

在地形图、地籍图等的测量应用中，均取得了很好的效果。

2.4.1引点法
这种方法只局限于小范围的地形测量工程，就是已知点不在测区内，但是离测区不是很远，这时就可以用引点法来进行测量，具体操作方法如下：
在已知点上架设基准站，然后用流动站在前往测区方向的路上采集一个点，记录下坐标和高程。

将基准站架设在刚采集的点上，再用流动站采集点坐标，如此一步一步将点引到测区内即可进行细部测量。

这种方法相对于小范围的地形测量工程来说大大节省了控制的时间，而且操作简便，易学易懂。

2.4.2控制加密
在做控制网的优化设计时，在网图内部多布设几个控制点，增加控制点的密度，利用GPS 静态采集的数据来直接解算出这些控制点的坐标。

然后，直接在这些控制点上架设基准站，进行细部测量。

这种方法比较适用于大范围的，对于精度要求比较高的地形测量工程。

但是这种方法相对于第一种方法而言，耗时比较长，且对人力、财力、物力的消耗也比较大。

对于上述的两种方法的使用要视测区的具体情况而定。

2.4.3外业测量出现的问题
(1)飞点问题，
一般是因为打点的时候，操作仪器的人操作太快，在没有固定解时就开始记录。

内业绘
制的时候进行改正。

(2)测量时的遗缺问题
部分村庄房屋范围表示的不太精确。

房屋周围的植被、水塘有所遗漏。

高程注记属性有错误。

部分田块、水塘缺少高程。

部分田坎和田埂表示的不太明确。

田埂连接有错误，小田埂有遗漏
一般测量后出现的问题都是在内业绘制的时候发现，修改的方法是在草图的基础上进行修改。

增加缺少的点，修改错误的绘图结果。

2.5、内业图形处理
外业数据采集完以后，设置GPS手薄的数据格式。

在手薄上将数据导出，用配套的数据线将电脑和手薄连接。

将数据传到电脑上，并将数据传到南方CASS7.1成图软件。

根据外业画的草图将电脑上的点号连起来，用不同的命令表示出实地的地物。

成图以后，进行图面效果的修饰，并检查是否有遗漏，确认基本完善以后，在自检完成，确定没有问题后，将成果图交付验收单位进行验收。

图5为最后成果图、图6为绘制时草图
图5 最后成果图
图6为绘制时草图
3 关于测量时的几点认识
3.1 通过对以上事例的分析，可以得出RTK技术能够满足城市测量中对导线和四等水准测量的要求。

由于RTK技术不同于常规的控制测量，不可能完全用常规控制测量的技术标准来衡量，尤其是在边长较短的相邻点表现比较明显。

RTK技术的测量误差均匀、独立，不存在误差积累,精度可靠程度较高。

3.2 RTK技术能够实时地提供测量成果，不需要分级布网，可以大大减少生产成本，减轻作业员的劳动强度，提高测量速度和企业效益。

3.3误差与流动站至基准站的距离成正比，因此解求转换参数的已知点应分布均匀，覆盖整个测区，水平、垂直残差宜在3.5cm以下。

基准站尽可能设置在符合条件的已知点上，这对高程测量尤为重要。

3.4测量过程中，尽可能地检测一定数量的测区内和相邻的控制点，以发现异常情况，并剔除原控制网的粗差点，便于做好与已有地形图或工程项目的接边工作。

3.5测量时需采用一些方法来提高测量精度。

如延长测量时间。

架设对点器。

选择有利观测时间。

增加观测次数或改变基准站等。

同精度两次测量值的较差取3cm以下为宜。

3.6如辅助相应的软件，RTK可与全站仪联合作业，充分发挥RTK与全站仪各自的优势。

4 结论
4.1RTK技术操作简便，灵活方便，工作状态稳定。

能快速、准确地测定图根点、碎部点的坐标和高程，实时提供精度可达厘米级经检核的三维坐标。

与传统的测图方法相比，人员少，费用省，效率高。

4.2基准站的选择对于RTK测量非常重要，它将直接影响到流动站的施测精度和测量速度，应注意二者之间的“准光学通视”。

4.3应根据测区的实际情况选择合适的坐标转换参数求解方法，参与坐标转换的已知点应在3个以上，且分布要均匀，做到在满足精度要求的情况下，尽可能的减少外业的工作强度。

4.4 在城市地形测量中，GPS一RTK技术可以替代全站仪进行图根导线测量，所测范围内在不通视的条件下测定无累积误差的图根点，使测图所需图根点的数量在满足要求时，可多可少，机动灵活；而且移动点至基准点的距离可以很长(最好不要超过10 km)。

4.5 在城市空旷地区，建筑物不太稠密的住宅区和大马路上，RTK能快速地完成碎部测量作业。

在夜间作业，比常规测量作业方法更具优越性。

4.6 在个别高大建筑物或建筑稠密地区，GPS出现盲区，初始化时间长或失锁，影响碎部测量速度，可采用RTK增补图根导线点，配合全站仪测量碎部点的方法，从而快速地完成野外作业，也可以大大提高外业测图的工作效率，进而达到缩短工期，节约成本的目的。

5 后记
在此次整个论文写作中，我遇到了许多的问题，在此，首先要感谢我的工作单位给我这次实习的机会，让我有学习提高和展示技能的平台；同时，由衷的感谢李教授在我的毕业论文创作中给予我的莫大的支持，不惜费时费力的为我修改，为我构思，为我指正。

再次感谢他们！！！
参考文献
1 孔祥元,梅是义.控制测量学(上,下):武汉测绘科技大学出版社,1996年。

2 《城市测量规范》；CJJ 8-99.建设部颁布,1999年。

3 GB 7931-87，1:500,1:1000,1:2000地形图航测摄影测量外业规范[S]。

4 刘大杰，施一民.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M]；同济大学出版社,1996年。

5 徐绍铨，张华海，杨志强. GPS测量原理及应用；武汉测绘科技大学出版社,1997年。

6 尤秋阳．GPS RTK技术在地籍测量中的应用[J],测绘信息与工程,2003(5)
7 汤江龙．赵小敏.GPS实时动态(RTK)技术在土地测量中的应用研究．江西农业大学学报,2005.2.2(2)
8 辽宁测绘:周子华．王刚．GPS RTK技术在地籍测量中的应用．
9 全球定位系统城市测量技术规程[S]．北京：中国建筑工业出版社，1997
10孟继红，何秀珍.《数字化地形测量的几个问题探讨》，载《地矿测绘》，2005，3.
11刘慧，《论ＧＰＳ在公路工程测量中的应用》，载《科技咨询导》，2007，5.
12王志武.《浅谈地形测量中计算机技术的应用》，载《时代经贸》，2007，S9.
13于润波.《GPSRTK技术在地形测量中的应用》，载《水利科技与经济》，2005-6.
11。