GPS-RTK 在地形圖測繪中的應用

張會玲

1 GPS-RTK的工作原理

1.1 GPS的基本定位原理

GPS的基本定位原理是:衛星不間斷地發送自身的星歷參數和時間信息，用戶接收到這些信息后，經過計算求出接收機的三維位置，三維方向以及運動速度和時間信息，見圖1。

由于衛星星歷參數和時間信息等存在的誤差及電離層干擾等影響，使GPS單機時實定位精度存在一定的限度，一般有幾米的誤差。顯然不能滿足我們常規大比例尺地形圖的測量工作要求。為了提高精度，人們采用了RTK技術。

1.2 GPS-RTK 原理

GPS-RTK作業系統由一套基準站和若干流動站組成，基準站設置時對架站點設置一個三維坐標，在作業過程中，基準站所采集的數據都與基準站設置數據比較，求出差值，發送到流動站，流動站用同一時間采集的數據減去這一差值，就獲得了相對基準站較高的相對精度。我們還可以這樣理解，基準站和流動站在同一時間獲得的三維坐標所含的誤差是一樣的，流動站和基準站各自的絕對坐標是不準的，但它們之間的相對關系是精確的。

2 坐標系換算問題

GPS采用的是WGS84坐標系，而測繪實踐中采用的是地方坐標系，例如1954年北京坐標系，1980年西安坐標系及任意假設的地方坐標系等。按照常規，平面連測要兩個以上控制點，高程需要三個以上控制點。但本著對GPS-RTK工作原理的理解并經過實踐，我們對常規做法提出質疑。

2.1 高程連測問題

地形圖測繪碎部點采用RTK方法時，參與控制點連測的高程點采用一個即可，其他控制點只是進行檢核，而不參與平差計算。這是因為橢球面與水準面的差異在小范圍內的影響可以忽略。我們經過大量的數據統計，10 km范圍內不超過5 cm。但當采用兩個以上控制點時，由于控制點之間存在的誤差而造成的影響遠遠超過該值。尤其當控制點間距離較小時影響更大，甚至造成錯誤。這在連云港輸鹵管線帶狀地形圖測繪中得到證明。表1為我們在淮連輸鹵測量過程中收集的數據。

表1 采用單點平差由橢球面和水準面偏移造成誤差表

由表1我們可以看出，如果采用高程單點平差，在RTK作業范圍內(＜8 km)，完全滿足地形圖測繪要求。

當采用三點高程平差時，如圖2所示，由于三點可以確定一個橢球面，因此當高程點位置超出三角形范圍時，其誤差會隨著距離增大而增加，我們假設只有C點存在誤差Ch，C點到AB的垂直距離為h，一高程點到AB的垂直距離為S，則誤差計算公式為Dh=S×Ch/L。

例如當S=3 000 m，而h=200 m，Ch=5 cm時，M點誤差可達75 cm，遠遠不能滿足我們大比例尺地形圖測繪。在一次長距離線路地形圖測繪中，開始由于我們采用了三點高程平差，結果導致嚴重的錯誤，最大高程誤差達到2 m，好在發現及時，沒有造成惡劣后果。實踐證明，連測三個以上的控制點進行高程測量，必須保證待測點位于控制點的控制范圍內，例如圖2中A，B，C三個控制點，最好保證待測點位于三角形內部，顯然這樣苛刻的條件有時會增加工作量。

2.2 平面控制點連測問題

當采用國家坐標系時，平面控制點連測，當測量范圍較小時也可采用一個點，并且采用一個點時有時比采用兩個點還準確。尤其是當控制點間距較小時，采用一個點可以避免方向誤差。因為國家坐標系的經緯度與WGS84的經緯度角度誤差很小，對我們小面積測圖的影響可以忽略。

3 野外碎部點采集問題

3.1 解決衛星信號受遮擋問題

由于GPS采用衛星信號定位，而房角下面衛星信號因受到遮擋而造成不容易得到固定解。我們可以采用偏移的方法解決。操作人員可以配備一根2 m～3 m的量距工具，可以測量出與房屋墻線間距固定且平行的線段，不但精度不受影響，作業效率也會大大提高。對于個別受遮擋無法得到固定解的點還可以采用測繪一條與該點在一條直線上的線段的方式。

3.2 GPS-RTK和全站儀配合作業

常規作業方法，必須遵循先控制，后碎部測量的方法進行，儀器必須安置在已知控制點上，并且要保證必須最少可以和一個控制點通視。這是由原來測繪條件決定的，因為原來都是在圖板上繪圖。現在地形圖繪圖基本都由計算機完成，RTK配合全站儀進行地形圖測繪時，可以根據現場情況，在視角最好的地方假設全站儀，而不必考慮控制點的位置，在測繪過程中測繪兩個可以進行RTK作業的固定點即可。

4 結語

測繪新技術新設備的推廣應用，導致測繪作業流程和作業手法的變革，GPS-RTK技術應用于地形圖測繪，使作業效率大大提高。

［1］袁新強.淺談差分GPS(DGPS)技術的廣泛應用［J］.山西建筑，2009，35(14):359-360.