GPS-RTK結(jié)合全站儀在土地勘測(cè)中的應(yīng)用

德清縣國(guó)土資源局 張臘平

紹興市土地勘測(cè)規(guī)劃院 方 堅(jiān)

GPS-RTK結(jié)合全站儀在土地勘測(cè)中的應(yīng)用

德清縣國(guó)土資源局 張臘平

紹興市土地勘測(cè)規(guī)劃院 方 堅(jiān)

一、引言

土地勘測(cè)中因地形條件和環(huán)境，常規(guī)控制測(cè)量如三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量，要求點(diǎn)間通視，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且有誤差累計(jì)，精度不均勻，外業(yè)中不能實(shí)時(shí)知道測(cè)量成果精度。GPS靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量，無需點(diǎn)間通視，能夠高精度地進(jìn)行各種控制測(cè)量，但是需要定位時(shí)間長(zhǎng)，且不能實(shí)時(shí)知道定位精度，內(nèi)業(yè)解算中發(fā)現(xiàn)精度不合要求必須返工測(cè)量。而用RTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量既能實(shí)時(shí)知道定位結(jié)果，又能實(shí)時(shí)知道定位精度。這樣可以大大提高作業(yè)效率。應(yīng)用RTK技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位可以達(dá)到厘米級(jí)的精度，因此，通常我們首先用靜態(tài)測(cè)量方法布設(shè)測(cè)區(qū)的首級(jí)控制，然后用RTK在首級(jí)控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行圖根加密（注：在進(jìn)行圖根點(diǎn)加密時(shí)應(yīng)注意衛(wèi)星時(shí)段的選擇），下面通過用全站儀按一級(jí)圖根測(cè)量要求對(duì)用RTK所布設(shè)的圖根點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量對(duì)比（如表1）來探討RTK在圖根控制中的精度問題（注：應(yīng)把HRMS、V RMS分別設(shè)置為0.02 c m且測(cè)量時(shí)應(yīng)保持基準(zhǔn)站和移動(dòng)之間共用衛(wèi)星數(shù)在5顆以上且L OG為1，整周模糊度為固定解）。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，最大平面較差為32 mm，最大平面中誤差為±19 mm，根據(jù)控制測(cè)量規(guī)范要求I級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)位誤差為±5cm，RTK測(cè)量是完全滿足圖根控制測(cè)量精度的要求。

二、GPS-RTK結(jié)合全站儀在土地勘測(cè)中的應(yīng)用

土地勘測(cè)首先是地形勘測(cè)，在地形勘測(cè)中，用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)受測(cè)區(qū)地形起伏條件影響較大，要完成某測(cè)區(qū)工作往往要布設(shè)大量控制點(diǎn)，搬無數(shù)次站，花好長(zhǎng)時(shí)間才能完成。而采用RTK技術(shù)能快速準(zhǔn)確地測(cè)定地形點(diǎn)或地物點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，大大地縮短了野外作業(yè)時(shí)間。但是由于GPS接收機(jī)受衛(wèi)星信號(hào)和數(shù)據(jù)鏈傳輸條件的限制在山區(qū)峽谷地帶及高大建筑物密集的居民區(qū)以及茂密森林里RTK測(cè)量受到限制，這時(shí)我們可以用RTK在附近比較開闊的地方布設(shè)圖根點(diǎn)，然后用全站儀去進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這樣節(jié)省了大量的人力物力，縮短了野外工作時(shí)間，提高了作業(yè)效率。

三、GPS-RTK結(jié)合全站儀在應(yīng)用過程應(yīng)注意的問題及其解決辦法

1、受衛(wèi)星時(shí)段的限制

在地球上任何一點(diǎn)，均可連續(xù)地同步觀測(cè)至少4顆GPS衛(wèi)星，但RTK測(cè)量要求同時(shí)至少同步觀測(cè)5顆衛(wèi)星，因此在某些時(shí)間段共用衛(wèi)星少，常接受不到5顆衛(wèi)星，因而初始化時(shí)間長(zhǎng)甚至不能初始化，也就無法進(jìn)行測(cè)量。在長(zhǎng)期對(duì)RTK使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)在同樣的條件和同樣的地點(diǎn)，不同的月份進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)，11月份在中午時(shí)段，很難進(jìn)行RTK測(cè)量，2-3月份在9:30至11點(diǎn)時(shí)段也很難進(jìn)行RTK測(cè)量，因此選擇作業(yè)時(shí)段是很重要的，否則容易產(chǎn)生偽距解。另外，在高山峽谷深處及密集森林區(qū)、城市高樓密布區(qū)、衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，在這些地方我們可以用全站儀來彌補(bǔ)RTK的不足。

2、移動(dòng)站接收機(jī)失鎖或?yàn)閭尉嘟鈺r(shí)的處理方法

有時(shí)在比較開闊的地方我們發(fā)現(xiàn)接收機(jī)也會(huì)失鎖或解類型為偽距解，造成失鎖或解類型為偽距解的原因有下面兩種情況：

（1）無線電頻率受到干擾，處理方法為改變電臺(tái)頻率。

（2）當(dāng)我們通過房屋或樹林時(shí)容易造成接收機(jī)失鎖，這時(shí)往往在某個(gè)地方手薄上顯示有5顆以上的共用衛(wèi)星，但解類型仍為偽距解，這時(shí)只有避開障礙物往開闊方向移動(dòng)，接收機(jī)初始化速度才會(huì)加快，待數(shù)據(jù)鏈鎖定達(dá)到固定后，小心無傾斜地移動(dòng)回待定點(diǎn)。

3、數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制，作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小的問題

RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號(hào)源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)建筑密集區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號(hào)受到限制時(shí)只有縮短作業(yè)半徑。另外當(dāng)傳輸信號(hào)受高頻信號(hào)源的干擾時(shí)可采取改變電臺(tái)頻率的方法來解決，當(dāng)RTK作業(yè)半徑超過一定距離（一般為幾公里，每種機(jī)型在不同的環(huán)境又各不相同）時(shí)，測(cè)量結(jié)果誤差會(huì)超限，因此RTK的實(shí)際作業(yè)有效半徑要比其標(biāo)稱半徑要小很多，另外由于RTK測(cè)量采用是星形網(wǎng)缺少檢核條件，因此，和GPS靜態(tài)測(cè)量相比，RTK測(cè)量更容易出現(xiàn)誤差越限，必須進(jìn)行質(zhì)量控制。

四、質(zhì)量控制的方法

1、已知點(diǎn)檢核比較法即在布測(cè)控制網(wǎng)時(shí)用靜態(tài)GPS或全站儀多測(cè)出一些控制點(diǎn)，然后用RTK測(cè)出這些控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核，發(fā)現(xiàn)問題即采取措施改正。

2、改變基站法

工程完工后，改變基站的位置然后進(jìn)行必要的系統(tǒng)設(shè)置，重測(cè)部分（10-20個(gè)）已測(cè)過的RTK點(diǎn)（一般選地物點(diǎn)或特征點(diǎn)）或高精度控制點(diǎn)，比較前后測(cè)量的數(shù)據(jù)來判斷其質(zhì)量好壞。

3、臺(tái)變頻實(shí)時(shí)檢測(cè)法

分別改變基準(zhǔn)站的電臺(tái)頻率，然后改變流動(dòng)站的相應(yīng)的頻率，分別接收基準(zhǔn)站相應(yīng)的頻率的數(shù)據(jù)從而得到兩個(gè)以上解算結(jié)果，比較這些結(jié)果也可判斷其質(zhì)量好壞。

4、全站儀法

用全站儀在已知點(diǎn)上架站進(jìn)行必要的設(shè)置，采集一些地物及地形特征點(diǎn)然后與用RTK采集的坐標(biāo)進(jìn)行比較來判斷其質(zhì)量好壞。以上方法中，最可靠的是已知點(diǎn)檢核比較法，但控制點(diǎn)的數(shù)量總是有限的，所以沒有控制點(diǎn)的地方需要用重測(cè)比較法來檢驗(yàn)測(cè)量成果，電臺(tái)變頻實(shí)時(shí)檢測(cè)法的實(shí)時(shí)性好。

五、實(shí)例

我單位開展城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民點(diǎn)1:500數(shù)字地籍測(cè)量時(shí)，用GPS–RTK進(jìn)行圖根控制測(cè)量，用全站按一級(jí)圖根施測(cè)要求對(duì)RTK圖根控制點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，通過兩組坐標(biāo)對(duì)比，其中最大平面較差為32.0 mm，最大中誤差為±19.0 mm。具體結(jié)果見下表（表1）：

表1 平面圖根控制點(diǎn)檢查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

為了檢核RTK圖根控制點(diǎn)高程，按四等水準(zhǔn)觀測(cè)方法對(duì)30個(gè)RTK圖根點(diǎn)進(jìn)行了水準(zhǔn)測(cè)量，水準(zhǔn)高程與RTK擬合高程比較，最大較差為2.8 c m（大多數(shù)點(diǎn)較差在2 c m之內(nèi)）。

六、結(jié)束語

GPS定位技術(shù)是一種全天候、多用途的一體的自動(dòng)化、數(shù)字化三維坐標(biāo)測(cè)量與定位系統(tǒng)，是一種當(dāng)今廣泛應(yīng)用于地理空間信息采集、大地測(cè)量、工程測(cè)量、工業(yè)測(cè)量、軍事測(cè)量等領(lǐng)域的電子測(cè)量?jī)x器；全站儀是一種集自動(dòng)測(cè)距、測(cè)角、計(jì)算和數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄及傳輸功能于一體的自動(dòng)化、數(shù)字化及智能化的三維坐標(biāo)測(cè)量與定位系統(tǒng)，是一種當(dāng)今廣泛應(yīng)用于地理空間信息采集、工程測(cè)量、工業(yè)測(cè)量等領(lǐng)域的電子測(cè)量?jī)x器，GPS-RTK結(jié)合全站儀在地形勘測(cè)中應(yīng)用過程中，GPS-RTK結(jié)合全站儀技術(shù)不僅能達(dá)到較高的定位精度，而且大大提高了測(cè)量的工作效率，隨著連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（ Continuous Operational Reference System， 簡(jiǎn)稱CORS系統(tǒng)）的建立、RTK技術(shù)的提高，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用到測(cè)圖工作中。通過和全站儀的結(jié)合，可大大減輕測(cè)量人員的內(nèi)、外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，因此GPS-RTK結(jié)合全站儀技術(shù)在測(cè)量領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。