淺析GPS RTK技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

浙江省第一測(cè)繪院 陳 迎

淺析GPS RTK技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

浙江省第一測(cè)繪院 陳 迎

GPS RTK技術(shù)GPS，即為全球定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。它是一套利用美國(guó)GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行全天候、全方位的測(cè)量定位設(shè)備。根據(jù)GPS提供的坐標(biāo)或坐標(biāo)演變量精度和方式的不同，可以分為毫米級(jí)、厘米級(jí)、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)后處理、RTK（Real Time kinematic實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）、RTD(Real Time Differnce實(shí)時(shí)差分)等幾種設(shè)備分類和測(cè)量方式。RTX技術(shù)就是使用更速的和更小型的計(jì)算機(jī)，并將其裝入GPS接收機(jī)內(nèi)，在外作業(yè)時(shí)可以即時(shí)提供厘米級(jí)的定位解。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，基準(zhǔn)站將己知GPS坐標(biāo)和觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)用電臺(tái)傳給流動(dòng)站，在流動(dòng)站實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動(dòng)站坐標(biāo)差，坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)。通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)和海拔高。

一、RTK技術(shù)特點(diǎn)

RTK(Real Time kinematic)是GPS的最新成果，它彌補(bǔ)GPS原有的不足之處，它不僅具有GPS原有的全天候、高精度、無須光學(xué)通視的特點(diǎn)，而且還可以為測(cè)量提供實(shí)時(shí)的定位結(jié)果，被譽(yù)為“GPS全站儀”，可以說是測(cè)量史上的又一次變革。GPS RTK全數(shù)字地形測(cè)量的基本特點(diǎn)地形測(cè)量包括控制測(cè)量和地物、地貌測(cè)繪兩大內(nèi)容。傳統(tǒng)的測(cè)量方法具有成圖周期長(zhǎng)、精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等局限，已逐漸被淘汰。而全數(shù)字地形測(cè)圖順應(yīng)現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)新潮流，利用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，如GPS接收機(jī)、電子全站儀等，和自動(dòng)化成圖軟件，采用各種靈活的定位方法進(jìn)行的以數(shù)字信息表示地圖信息的測(cè)圖工作，它的成果為模型式的數(shù)字圖。GPS RTK技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（一）打破了內(nèi)外業(yè)的界線，減少測(cè)量工作流程，從首級(jí)控制到最終成圖，實(shí)行一體化作業(yè)，并且大大減輕了室外作業(yè)的強(qiáng)度，縮短了成圖周期。

（二）打破了分級(jí)布網(wǎng)，逐級(jí)控制的原則，簡(jiǎn)化控制測(cè)量繁鎖的工作，一個(gè)測(cè)區(qū)可一次性整體布網(wǎng)，整體平差，控制網(wǎng)可以是任意混合，所需控制點(diǎn)數(shù)目比傳統(tǒng)白紙測(cè)圖大大減少，圖根控制的加密可與碎部測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。

（三）數(shù)據(jù)采集時(shí)無需畫草圖，碎部點(diǎn)的記錄要求具有特定的格式，這種格式存儲(chǔ)有點(diǎn)名編碼，能被數(shù)字測(cè)圖軟件所識(shí)別，在進(jìn)行圖形編輯時(shí)就能很好地處理。

（四）碎部量測(cè)時(shí)不受圖幅邊界的限制，外業(yè)可不分幅作業(yè)成圖時(shí)自動(dòng)進(jìn)行分幅與接邊處理。（五）測(cè)量數(shù)據(jù)精度高，GPS不僅能夠達(dá)1:500圖根控制測(cè)量的點(diǎn)位和高程精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題，完全可以滿足大比例尺測(cè)圖的需要。RTK控制測(cè)量操作簡(jiǎn)便，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，不但可以大幅度提高測(cè)量速度，而且能夠有效減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，尤其在通視困難地區(qū)更具明顯優(yōu)勢(shì)，為了得到高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)，必須求出適合于本地區(qū)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)和水準(zhǔn)面模型轉(zhuǎn)換參數(shù)。根據(jù)囚等及其以下各級(jí)控制測(cè)量與1:500圖根控制測(cè)量對(duì)于精度要求的相似性以及本工程對(duì)于原有GPS點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果，可以說明RTK同樣適用于四等及其以下的各級(jí)控制測(cè)量。

二、RTK技術(shù)在國(guó)土測(cè)量上的應(yīng)用

在地籍和房地產(chǎn)測(cè)量中的應(yīng)用地籍和房地產(chǎn)測(cè)量中應(yīng)用RTK技術(shù)測(cè)定每一宗土地的權(quán)屬界址點(diǎn)以及測(cè)繪地籍與房地產(chǎn)圖，同上述測(cè)繪地形圖一樣，能實(shí)時(shí)測(cè)定有關(guān)界址點(diǎn)及一些地物點(diǎn)的位置并能達(dá)到厘米級(jí)精度要求。將GPS獲得的數(shù)據(jù)處理后直接錄入GPS系統(tǒng)，可及時(shí)精確地獲得地籍和房地產(chǎn)圖。但在影響GPS衛(wèi)星信號(hào)接收的遮蔽地帶，應(yīng)使用全站儀、測(cè)距儀、經(jīng)緯儀等測(cè)量工具，采用解析法或圖解法進(jìn)行細(xì)部測(cè)量。在建設(shè)用地勘測(cè)定界測(cè)量中RTK技術(shù)可實(shí)時(shí)地測(cè)定界、樁位置，確定土地使用界限范圍，計(jì)算用地面積。利用RTK技術(shù)進(jìn)行勘測(cè)定界放樣是用坐標(biāo)直接放樣的，不需要對(duì)角度邊長(zhǎng)進(jìn)行換算。建設(shè)用地勘測(cè)定界中的面積量算，實(shí)際上是有GPS軟件中的面積計(jì)算功能直接計(jì)算，并進(jìn)行檢核，避免了常規(guī)的解析法放樣的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了建設(shè)用地勘測(cè)定界的工作程序。在土地利用動(dòng)態(tài)檢測(cè)中，也可利用RTK技術(shù)。傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)野外檢測(cè)采用簡(jiǎn)易補(bǔ)測(cè)或平板儀補(bǔ)測(cè)法，如利用鋼尺，采用距離交會(huì)、直角坐標(biāo)法等進(jìn)行實(shí)測(cè)丈量，對(duì)于變通范圍較大的地區(qū)則采用平板儀補(bǔ)測(cè)。這種方法速度慢、效率低。而應(yīng)用RTK新技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)則可提高檢測(cè)的速度和精度，省時(shí)省工，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保證了土地利用狀況調(diào)查的現(xiàn)實(shí)性。在土地整理中的應(yīng)用土地開發(fā)整理，前提必須擁有當(dāng)?shù)卮蟊壤叩匦螆D，具有詳細(xì)的地類信息，因此地形圖的精度和工作量大大增加。因測(cè)量地物大部分為水田、旱地及經(jīng)濟(jì)用地等，大比例尺地形圖要求水田、旱地分塊，而浙江的多山地形導(dǎo)致了水田面積小而散的特點(diǎn)，加大了測(cè)量工作的難度。采用傳統(tǒng)的全站儀采集數(shù)據(jù)，在人力和物力上投入較大。而使用RTX實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采點(diǎn)在很大程度上緩解了這一問題。如采用的南方靈銳s82套裝儀器，在動(dòng)態(tài)使用中一臺(tái)做電臺(tái)主機(jī)，則另外3臺(tái)可作為流動(dòng)RTK。每人只需攜帶一臺(tái)RTK流動(dòng)站即可完成兩個(gè)人使用全站儀的工作，比使用全站儀節(jié)省一半的人力。因?yàn)槿緝x的可視性局限，在山區(qū)測(cè)量水田時(shí)，全站儀一般都要搬動(dòng)好幾次才能完成一小部分任務(wù)，這過程中產(chǎn)生的誤差也會(huì)增大。而RTK則可以在不通視的情況下正常工作，讓工作效率大大提高，其高程精度也遠(yuǎn)比使用全站儀高，因?yàn)槿緝x受鏡頭桿高的影響，采集回來的數(shù)據(jù)高程精度受到很大的影響，在勾畫等高線時(shí)往往出錯(cuò)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)可靠性降低。而測(cè)量水田的時(shí)候使用RTK的自定義間隔資料采集，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集，減少了常規(guī)測(cè)量方法的人為出錯(cuò)機(jī)會(huì)，避免了傳統(tǒng)的畫草圖或記編碼回來對(duì)照連線而出錯(cuò)的問題。土地整理中RTK測(cè)圖的一般步驟：

（一）設(shè)主機(jī)。在地勢(shì)稍高、空曠的小山丘上擺設(shè)主機(jī)。這樣能保證主機(jī)接收的衛(wèi)星個(gè)數(shù)比較多，旦發(fā)射的數(shù)據(jù)鏈信號(hào)就比較強(qiáng)，覆蓋范圍也比較寬。主機(jī)最好設(shè)在當(dāng)天計(jì)劃測(cè)區(qū)的中部，從而減少主機(jī)搬動(dòng)的次數(shù)，提高工作效率。

（二）設(shè)置主機(jī)參數(shù)。發(fā)射數(shù)據(jù)鏈信號(hào)，在主機(jī)手簿中輸入GPS天線高度和主機(jī)所擺設(shè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，但南方靈銳系列的RTK不需要在主機(jī)輸入?yún)?shù)的，則要在移動(dòng)站中輸入。

（三）安裝好儀器。一人負(fù)責(zé)一臺(tái)移動(dòng)站，接好GPS 天線、數(shù)據(jù)鏈天線，裝入電池，打開數(shù)據(jù)手簿，啟動(dòng) RTK 碎部點(diǎn)采集程序，檢查衛(wèi)星個(gè)數(shù)(衛(wèi)星個(gè)數(shù)必須在4顆以上才能進(jìn)行測(cè)量工作);建立工程，即建立一個(gè)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)的文件，一般以工作當(dāng)天的日期或項(xiàng)目名稱命名。（四）檢測(cè)控制點(diǎn)坐標(biāo)。利用附近已有的固定控制點(diǎn)坐標(biāo)來檢測(cè)儀器參數(shù)的輸入是否正確，檢測(cè)沒有問題就可以進(jìn)行碎部點(diǎn)采集了。（五）碎部點(diǎn)采集。根據(jù)RTK的工作特點(diǎn)，可設(shè)置移動(dòng)站為2秒采集一個(gè)點(diǎn)，按照地形測(cè)繪的工作要求，對(duì)地貌、地物的特征點(diǎn)一定要進(jìn)行測(cè)量。每一個(gè)碎部點(diǎn)一般都以坐標(biāo)的形式存儲(chǔ)在工程文件里面。在測(cè)量時(shí)點(diǎn)號(hào)和編碼可以人工輸入，利用這一特點(diǎn)可以確定每一個(gè)碎部點(diǎn)的屬性，在數(shù)據(jù)處理時(shí)很容易識(shí)別，無需畫草圖，工作效率提高了。（六）數(shù)據(jù)傳輸及內(nèi)業(yè)處理。將RTK手簿與計(jì)算機(jī)連接好，設(shè)置傳輸參數(shù)，兩邊必須一致，將RTK手簿中的工程數(shù)據(jù)文件復(fù)制到計(jì)算機(jī)硬盤，然后打開計(jì)算機(jī)中的成圖軟件，調(diào)入工程文件中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，利用點(diǎn)的屬性進(jìn)行圖形編輯，最后修整出圖即可。（七）工作中的一些技巧。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，經(jīng)常會(huì)忘記所測(cè)碎部點(diǎn)是屬于什么地物，有時(shí)還會(huì)將田埂、坎、路等線形地物連錯(cuò)，為避免這些問題，一般的經(jīng)驗(yàn)是：在點(diǎn)號(hào)上加識(shí)別字來判斷。如在測(cè)第一條田埂時(shí)在點(diǎn)號(hào)前加A即Al、A2、A3將所有A字開頭的點(diǎn)連起來就行了。測(cè)第二條時(shí)改為B即可，第三條為C，依此類推。又比如坎，第一條為AKl，AK2、AK3；第二條為BK。其他地物也是如此。這樣在外業(yè)測(cè)量時(shí)就不需要畫草圖，既提高了效率，又減少在圖形編輯上的錯(cuò)誤。RTK技術(shù)在國(guó)土測(cè)量中的應(yīng)用是一種新技術(shù)，隨著科技水平的不斷進(jìn)步發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在測(cè)繪工作中將應(yīng)用越來越廣泛。作為測(cè)繪工作一線的工作技術(shù)人員，要不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)，努力跟蹤、吸收、消化新技術(shù)，將新技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際工作中去，為建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)作出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。