GPS(RTK)在大比例尺地形圖中的應用研究

周 坤

全球定位系統GPS(Global Positioning System)是美國陸海空三軍聯合研制的衛星導航系統，具有全球性、全天候、連續性、實時性導航定位和定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間，常規的GPS測量方法，比如靜態、快速靜態、動態測量都需要后處理才能得到CM級的精度，而 RTK(Real-Time Kinematic)即載波相位動態實時差分系統可以在野外實時獲得CM級的精度要求，RTK技術代表著GPS相對測地定位應用的主流。

1 大比例尺地形圖測量的發展和特點

科技的發展帶來了測繪技術性能的顯著改善，隨著全站儀、RTK測繪性能的日趨完善和便攜式計算機的全面普及，測制大比例尺地形圖的方法也由原來的光學定位展點白紙制圖到后面的全站儀定位輸出計算機CAD制圖，再到現在的RTK載波相位動態實時差分系統在野外實行全天候、高精度的野外測量，自動化成圖一步到位，大大減少了外業操作，更加減輕了勞動強度以及提高了效率。RTK作業范圍更廣，半徑可以達到5 km。大比例尺測圖過程基本一致:數據采集→數據處理→數據成圖輸出。

2 RTK技術簡介

實時動態(RTK)定位技術是以載波相位觀測值為根據的實時差分GPS(RTDGPS)技術，它是GPS測量技術發展的一個新突破。實時動態定位(RTK)系統由參考站和流動站組成，建立無線數據通訊是實時動態測量的保證，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點，安置一臺接收機作為參考站，利用流動站在另外的兩個以上的已知點上進行坐標轉換以及數據匹配，參考站設備作為對所有可見的衛星進行連續觀測，并將其感測數據，通過無線電傳輸設備，實時的發送給用戶觀測站，在用戶觀測站上，GPS接收機在接收GPS衛星信號的同時，通過無線電接收設備，接收參考站傳輸的觀測數據，然后根據相對定位的原理，實時計算并顯示用戶站的三維坐標以及精度。

3 RTK作業流程和模式以及優點

具體工作模式參考站接收機利用電臺將其觀測值以及坐標信息，發送給流動站接收機。流動站接收機通過接收參考站發送的數據鏈，同時采集GPS觀測數據，并在系統(手簿)內組成差分觀測值進行實時處理，并且得到其三維坐標，也可以轉換為用戶自己的匹配坐標。具體的作業流程是在一個已知點上設置一臺GPS接收機，作為其參考站，將一些必備的數據例如坐標、高程、坐標系統轉換參數等輸入手簿中，一臺至多臺接收機(流動站)在待測點上設置，也可以將參考站放置在測區的任何地方。實時得到流動站的坐標以及高程還有精度。利用流動站測得的坐標和已知點當地坐標進行轉換和匹配，就可以得到本地坐標。參考站為保證對衛星的連續跟蹤觀測和衛星信號的質量，要求參考站上空應盡可能地開闊，盡量可以跟蹤視野內的全部衛星;5°～15°高度角以上不能有成片的障礙物，為減少各種電磁波對GFS衛星信號的干擾，在參考站周圍約20 m的范圍內不能有強電磁波干擾源，如大功率無線電發射設施、高壓輸電線。為避免或減少多路徑效應的發生，參考站應遠離對電磁波信號反射強烈的地形、地物，如高層建筑、成片水域等。RTK優點如下:1)實時動態顯示經可靠性檢驗的厘米級精度的測量成果(高程)。2)徹底擺脫了由于粗差造成的返工，提高了GPS作業效率。作業效率高，每個放樣點只需要停留1 s～2 s，若用其進行地形測量，小組每天可以完成0.8 km～1.5 km的地形圖測繪，其精度和效率是常規測量所無法比擬的。3)全地形、全天候的測量，對一些建筑以及遮擋物比較多，或者通視條件非常差的測區更得心應手。非常利于地形復雜的測區，效率非常高。

4 RTK用于大比例尺測圖的實踐

2009年8月我院利用RTK實時載波定位技術完成了在西安—成都高速鐵路漢中段2幅1∶500地形圖補測的測量任務。作業前進行相應的坐標轉換以及匹配，利用大地坐標的參數輸入，求得WGS-84與國家新要求的2000坐標系統的轉換。求得轉換參數后，匹配成功后就可以進行實地測量，流動站經過短暫的初始化后得到精確的三維坐標將其保存在手簿中，測量可以按照流水號記錄測量的地物、地貌，也可以將其進行自由編號。遇到高大建筑或者陡峭山壁以及樹林遮擋比較嚴重的地方，可以采取與全站儀相結合的方法進行測量，后處理中，利用CASS成圖軟件，進行圖形的編輯與修正，注記高程點，生成等高線，形成地形圖。最后對等高線進行編輯以及對圖形進行整體的修正。

5 精度分析與評定

下面的數據是我們實測的數據以及后面自檢所需要的必要檢核，總體來說平面坐標的精度要高一些，高程稍微差一些，這里也存在一些人為的因素，比如流動站2 m的桿在不同的地面都會有不同的損耗及粗差。采用GPS(RTK)技術獲得數據與全站儀所得數據相比較，結果見表1，RTK高程與水準高程比較結果見表2。

表1 平面比較

表2 高程比較

m=±14 mm。從這里我們看的出來單位全中誤差是 m=±14 mm，這個數值是滿足測圖中圖根水準要求規范精度的。

6 結語

RTK不僅能夠滿足1∶500控制測量的點位和精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差累計，完全可以滿足大比例尺測圖的需要。RTK技術應用于地形圖測量中，可以更好地提高勞動效率和減輕勞動強度，沒有必要像傳統的測量方法一樣需要布設足夠的圖根控制點，因不受氣候影響，更不受通視條件的影響，可縮短成圖的周期。為了增加作業面，一般情況是把參考站架設在比較高的地方。

[1] 陳建兵，王 俊.淺談GPS RTK在地形測量中的應用[J].山西建筑，2008，34(14):359-360.