GPS RTK與手持GPS在土地整理核查測量中的聯合應用

王克曉

(天津鐵道職業技術學院，天津 300240)

0 引 言

地形圖測量中，利用GPS RTK進行數據采集是大部分測圖中的重要環節[1]。在某些工程中單純使用GPS RTK采集數據可能會造成效率低，周期長等缺點[2]。因此，利用GPS RTK采集數據的機理和特點，結合手持GPS自身采集數據的特點，將兩者結合起來共同采集數據，并進行數據處理，從而得到地形圖數據。實驗結果表明：該方法大大減少了作業時間，進一步提高了測圖的效率。

1 RTK與手持機測量系統

實時動態(RTK)定位測量系統按軟硬件系統來劃分包括GPS接收機，數據傳輸系統和TTK測量軟件系統三部分組成。為了提高測量精度，手持機也要求基準站參與。

1)GPS接收機：RTK GPS測量系統中至少包括兩套GPS接收機，其中一臺置于基準站上，另一臺或若干臺，分別安置于不同的用戶站上。手持GPS內置高性能GPS/SBAS接收機和L1/L2雙頻天線使得測量更簡便。RTK GPS和手持GPS的基準站都應設在測區較高點上，且觀測條件良好。在作業中，基準站的接受機應連續跟蹤全部可見衛星，并將觀測數據實時地發給用戶站。GPS接收機一般為雙頻機。當系統中包含多個用戶接收機時，采樣本應與接收機采樣相同。手持GPS無需擔心這個問題，因為手持機的接收機和天線以及手簿是一體的[3-5]。

2)數據傳輸系統：基準站同用戶流動站之間聯系是靠數據傳輸系統(簡稱數據鏈)實現。數據傳輸設備是完成事實動態測量的關鍵設備之一，對于RTK的數據傳輸由調制解調器和無線電臺組成。在基準站上利用調制解調器將有關數據進行編碼調制，再由無線電臺發射出去。在用戶站上，利用無線電接收機將其接收下來，再由解調器將數據還原，并發送給流動站上的電子手簿。對于手持機無需用內置電臺，在80 km范圍內都可收到信號。

3)RTK測量的軟件系統功能和質量，對于保障實時動態測量的可行性測量結果的可靠性以及精度具有決定性的意義。實時動態測量軟件系統應具備的基本功能為：

①整周未知數的快速解算。②根據相對定位原理，實時解算用戶站的WGS-84坐標系中的三維坐標。③根據已知參數，進行坐標系統的轉換。④求解坐標之間的轉換參數。⑤解算結果的質量分析與評價。⑥作業模式(靜態、準動態、動態)的選擇與轉換。⑦測量結果的顯示與繪圖。

亞米級的手持GPS是基于革命性的實時H-Star技術，可直接接收和解算RTK改正數據，差分定位精度能達到10 cm.

2 GPS RTK和手持GPS的聯合作業方法及實踐舉例

架設基準站(GPS接收機、天線、電臺)以及流動站(GPS接收機和手簿)連接完成后，依次啟動基準站GPS接受機，電臺，流動站GPS接收機和手簿[2],及手持GPS.GPS RTK與手持GPS的數據處理流程如圖1所示。

圖1 GPS RTK和手持GPS數據處理流程

本項目面積約30 km2，屬平原地形，地面平均坡度約為 2% 。由于正值冬季，一望無際的白雪，致使通視情況極好。測區內道路比較發達，有利于測量。這次檢核測量是有目的進行的，與傳統的地形測量有很大的差別，在精度方面要求不是很高，所以采用手持GPS對這次檢核測量工作的速度有很大的提高。采用1+2 RTK一套進行工程測量；1+2手持GPS一套進行邊界和地類測量。RTK流動站每組兩人，手持GPS組每組一人。采用先控制后測圖的方法施測。手持GPS配合RTK可實現作業效率的大大提高， GPS RTK 和手持GPS協作下日作業面積約為6 km2.由于通視好，檢核測量的比較全面，質量比較高，使得結果更接近實際情況。

聯合作業的大致過程可以通過圖2～6說明。

圖2的左圖主要是表示邊界和地類的點，邊界和地類都是不規則的，所以才顯得凌亂。圖2右圖主要是表示工程的，比如比較規整的田間路、排水溝等。

圖中的點連接以后，根據表示的內容不同進行歸類，從而得到大致的邊界和地類，如圖3，圖4所示。

根據RTK的特點，可以得到如圖5所示的大致圖形，整個項目區的工程清晰可見。如果用手持機無法得到這種圖形，特別是路溝渠的交叉點無法準確得到，但是，RTK以其高精度就能解決這個問題。

手持式GPS在實際使用中需要設置很多參數，而且對當地的坐標參數要求很高，天寶公司給出的參數很貼近實地，手持機測出的點位坐標與GPS RTK測出的點位坐標基本一致，而且能夠保證所需的測圖精度。兩者合圖以后可以清晰的得到項目區的信息，基本滿足這次土地整理核查的要求。

圖2 手持機原始點(左)和RTK原始點(右)

這次土地整理測圖數據復查主要是用到南方RTK與天寶手持GPS聯合應用。RTK精度高，主要用于工程測量，因為工程在土地整理復查中占到很大的比例，稍微差一點的就是地類的區分，天寶手持GPS的精度可以滿足要求[6-7]。對于邊界，由于點位誤差要求的范圍比較大，所以采用亞米級精度的天寶手持GPS.對于沒有控制點或者是控制點被破壞的測區，還需要用到南方的靈銳S86 GPS進行靜態觀測，求出測區的轉換參數，以便達到土地整理復查的精度要求，由于邊界點的坐標在這次測量中很重要，所以測量的邊界坐標點的坐標必須記錄下來，并且要顯示在復查圖上。如果單純的去一個一個的在圖上找點顯得很費時費力。所以如果利用計算機實現坐標點坐標的自動提取，就會省時省力。

圖3 手持機原始點放大后(左)和手持機畫出的圖放大后(右)

圖4 手持機原始點畫出的圖形圖(左)和手持機原始點圖放大后(右)

圖5 RTK原始點畫出的圖形(左)和 RTK原始點畫出的圖形放大后(右)

圖6 二者合圖(左)和二者合圖放大后(右)

3 結束語

施測過程中以RTK施測為主，在一些精度要求低的地方，采用手持GPS測量。GPS RTK以其特有的作業方式，高精度，實時性的優點，在各種測量項目上應用廣泛。基于實時H-Star技術的手持GPS可直接接收和解算RTK改正數據，差分定位精度遠達半米以內。體積小巧、攜帶方便、可以獨立使用的手持GPS是一種全天候實時定位導航設備。該手持機具有靈敏度高,存貯量大,外部接口齊全等特點,在很多領域得到了廣泛的運用。在該精度范圍內，手持GPS配合RTK作業，可大大提高提高作業效率，增加經濟效益。但是，如果要求更高的精度，手持機是否還可以與RTK聯合使用，還需驗證。

[1]朱冬海.GPS RTK技術用于水庫水下地形測量[J].山西建筑,2008(26)：349-350.

[2]楊 波,朱樹葉.GPS RTK技術在太中(銀)鐵路勘測定界中的應用[J].東北水利水電,2009(12):66-67.

[3]方榮新.高采樣率GPS數據非差精密處理方法及其在地震學中的應用研究[D].武漢：武漢大學,2010.

[4]張麗娜,楊志強,歐 龍,等.手持式GPS定位誤差的研究[J].工程地球物理學報,2006,3(6):478-483.

[5]滕云龍.GPS接收機數據處理技術研究[D].成都：電子科技大學，2011.

[6]賴培偉，夏 維.手持式GPS接收機定位精度探討[C]//中國航海學會航標專業委員會測繪學組學術研討會，2006.

[7]程新文,陳性義.手持式GPS定位精度研究[ J].測繪通報,2004(9):20-22.