GPS—RTK在數字化測圖中的作用和地位

舒杰斌

摘要：隨著信息技術的不斷進步以及電子產品的不斷更新，人們對測繪圖的精度等要求不斷提高。由于數字化測繪技術不斷發展，GPS-RTK已經逐漸應用于數字化測圖中，逐漸取代了傳統的測繪方式。本文詳細討論了GPS-RTK在數字化測圖中的作用和地位，旨在為今后GPS-RTK在數字化圖紙中的應用提供一定的理論依據。

關鍵詞：GPS-RTK；數字化；作用

引言：自上世紀七十年代以來，我國的電子信息技術及數字化技術在應用過程中不斷的完善和改進。我國傳統的測繪技術基于耗時較多，過程復雜，準確程度不高等弊端，已經逐漸被較為先進的數字化繪圖技術所取代，在數字化繪圖中，采集手段通常采用兩種，分別為GPS-RTK和全站儀，也有將這兩種設備聯合使用的情況。依靠GPS-RTK的測繪圖繪制較多，工作人員經過多年的工作實踐，已經在工作當中積累了一定的經驗，也取得了一定的成績。

一、數字化測圖概述

隨著GPS-RTK等先進測量儀器和技術的廣泛使用，數字測圖技術得到了突飛猛進的發展，在房產、土地管理、城市規劃、環境保護及軍事工程等部門已得到廣泛應用。數字化測圖的實質是一種全解析機助測圖技術，它使得地形測量成果不再僅僅是繪制在紙上的地形圖，而是以計算機存儲介質為載體的，可供計算機傳輸、處理、多用戶共享的數字地形信息，與模擬測圖相比具有顯著優勢和發展前景，目前許多測繪部門已經形成了數字圖的規模生產廣義的數字化測圖又稱為計算機成圖，主要包括地面數字測圖、地圖數字化成圖、航測數字測圖和計算機地圖制圖。

二、GPS-RTK測量原理

RTK測量方法是一種基于差分工組原理進行的測量手段，采用三臺或者三臺以上的GPS設備同時工作，來進行信號的接收。將其中一個設備固定在指定的位置上，命名為標準站，其余的兩臺或者多臺設備根據實際的測量位置需要進行分布，叫做移動臺或者移動工作站，RTK技術是測量較為準確、迅速的測量手段，其主要是通過不同測量臺之間的相位不同，根據具體的差值進行定位的。RTK的側量手段主要有三種，分別為坐標法、距離差法和相位差法。相位差法由于其具有較高的精度而被廣泛使用，精度等級可以達到厘米。相位差法通常分為兩種，其中一種是修正法，這種方法是標準站把相位值進行傳遞，傳遞給不同位置的流動站，如果傳遞的相位值與所在流動站本身所收到的數值不一致，則進行修改，修改完成以后，流動站再自動獲取自身的實際位置參數，這種方法的操作較為繁瑣，數據傳輸速度較慢，且有時存在不準確的狀況，所以又被成為次RTK技術；第二種是差分法，首先將標準站所獲取的信息發送給使用者，使用者再通過相應公式的計算趔彳亍坐標的求解，所謂求解，即是對整個周期模糊度的計算，也叫作RTK初始計算，計算完成以后，再通過不同的流動站進行數據的差分計算，這一種是較為準確的RTK技術。這種技術的要求是標準站能夠準確的、實時的發出不同的信息，將信息傳輸給不同地點的流動站，流動站快速的接收信號和信息以后，進行整體模糊度的求解和計算，當累計一定數值以后，便可以實時的解出準確的位置。

三、GPS-RTK測量原理應用于數字化測繪圖的優勢

載波相位差分技術在圖紙設計當中可以滿足全天的全球定位，不會受到時間和地理位置等其他因素的影響。圖根以及測量能夠實時進行，同步進行，不受條件限制，也可以無圖根使用，這種無圖根的方法不僅使操作更加簡便，獲得結果迅速，而且節省了很多人力資源和物力資源。采用載波相位差分技術進行圖紙的繪制，極大的節省了勞動力，并且繪圖速度有所提高，準確度也較傳統的繪圖方式有很大的進步。一個圖紙采用傳統的繪圖方式可能需要5-6天才能夠完成，而在載波相位差分技術的使用條件下，可能僅僅只要一個工作人員在1-2天內就能夠完成任務。為了使工作時間減小，可以采取幾個不同的工作臺同時進行工作，這樣，可以使繪圖的時間更為減少，工作效率成倍的增長。由于載波相位差分技術的誤差出現概率較小，且不會進行疊加，不會在計算中依次傳遞，所以繪制圖紙的精度就等于傳統方式繪制圖紙中的根位置精度，使精度較之前有了極大的改善。在繪制多維圖紙方面，載波相位差分技術可以借助于現代化的手段，隨著不斷的接收信號和信息，同時進行相應的處理工作，實時完成三維圖紙的繪制，精度到厘米級。采用載波相位差分技術的操作較為簡單，不需要傳統的繪圖過程中較為復雜的程序，只依靠標準臺以及幾個流動工作臺的工作就能夠獲取到相應的信息和信號，對信號的獲取和定位等技術都是由設備自動完成的，極大的節省了人力。

四、GPS-FTK系統的工作流程及重要作用

利用載波相位差分技術進行的數字化繪圖的流程為：首先利用載波相位差分技術對圖根位置進行測量，之后使用全站儀對碎部點進行測量，或者直接通過載波相位差分技術進行碎步點的測量。當全部測量完成之后，再進行圖紙的繪制。

1.控制測量。普遍使用的常規控制測量方法有：角形測量法、線形測量法等，這些測量方法在操作過程中比較浪費時間，測量準確程度不高，外音不清楚測量狀況及測量的準確度。采用全球定位系統進行測量時，則不需要在對不同的點進行精度及準確度較高的定位，便可以完成測量任務，但是在測量之后要認真的對測量數據進行整理，有一些準確度不高的點或者明顯不合理的測繪點需要進行舍去，這種方法的缺點是無法實現對監測點的實時控制和定位，如果在數據處理的過程中發現數據的準確度不夠或者精度不滿足相關的標準要求，則需要重新進行數據的獲取，重新計算。載波相位差分技術彌補了上述兩種方法的不足之處，其可以對數據實行實時的監測并定位，保證其精度滿足要求，采用這種技術，節約了時間，極大的提高了測繪效率。所以，在目前控制圖的測量當中，只有一些精度較高的測量需要采用全球定位系統的靜態定位方法，其余均采用載波相位差分技術進行操作。

2.圖根控制測量。測量標準中規定，相比于距離較近的控制點，圖根點的誤差要小于0.08mm，高度方向上誤差要小于圖紙高度距離的1/12，結合實際標準中規定的數值分析載波相位差分技術，可以發現，這種技術能夠完全滿足標準中的所有規定。采用載波相位差分技術進行圖紙測量時，通常通過一個標準臺和幾個流動臺的聯合使用來完成作業，標準臺的操作過程為：對天線進行對正、調平、定位以及測量標高；將全球定位系統的天線和系統的主機進行準確、合理的連接；將全球定位系統的主機與發射電臺、電源進行正確連接；設置標準臺的各項參數，由于不同類型的全球定位系統內部構造不同、型號不同、操作程序有所不同，列其設置包括：坐標數據的設置、發射電臺的頻段、數據傳輸速度、控制點的定位、接收裝置的類型、天線的型號、天線的尺寸等等；使用基準臺，并校正檢查點的位置正確與否；開動發射臺。

3.碎部點測量。GPS-RTK在對碎步進行測量時，操作較為簡單，需要在標準臺上放置—個全球定位系統接收裝置，流動臺的工作只要單人就能夠完成。操作人員只要拿著設備在準備測量的碎部點附近停留瞬間，通過幾秒鐘的信號接收，之后在設備上輸入正確的代碼，便可以完成數據的收集。在這一操作中，必須要保證點的定位精度滿足設備的要求，并且操作人員需要對數據進行合理的存儲。根據這樣的操作速度，很快便能夠完成要求范圍內所有地點的測量工作。在實際的操作當中，載波相位差分技術測量碎步點的方式主要有兩種，分別為點狀態和線狀態。其操作流程包括：正確的連接設備，將全球定位系統的天線、主機以及信號接收線路、控制裝置做好連接；通過控制裝置對全球定位系統的主機進行啟動，同時建立相應的工作任務，包括測量等工作；進行不同參數的設置，首先選擇全球定位系統的主機，然后選擇接受線路的形式，最后調試電臺；選擇載波相位差分技術的工作方式，為點狀態或者是線狀態；對天線的長度以及測量地點的名稱進行設置，最后設置的名稱會根據設置順序依次增加；進行載波相位差分技術的測量；測量終止，在進行不同位置的數據測量時，只要選擇“啟動”或者“終止”按鈕，便可以完成相應的操作。載波相位差分技術所獲取的數據或者資料轉換為所需要的數字輸入到繪圖軟件中以后，所有的數據都是高位測量點，在數據采集的過程中，需要一邊對數據進行采集，一邊進行草圖的繪制，并且按照點的順序做好相應的記錄，內業中，首先將測量得到的數據資料轉換為繪圖中能夠使用的文件類型，之后在圖紙中實現對不同點位的繪制，采用不同的線段或者符號繪制所需的圖紙。

四、內業數據

對內業的數據進行處理主要包括對全球定位系統的數據進行處理和采用標準軟件進行圖紙的繪制兩部分。第一項操作的進行比較節省時間，第二項操作由于涉及到的環節比較多，所以過程比較復雜，相對需要的時間較長。內業數據處理的流程為：首先，進行測量數據的處理，處理包括兩個內容，分別為全球定位系統控制網的計算和載波相位差分技術參數的處理。全球定位系統的線性計算和差值處理可以使用不同的軟件，通過衛星的準確定位，正確的數據采集來實現，數據采集通常使用的是動態采集方法；使用載波相位差分技術可以直接通過設備獲取相應的位置坐標以及其準確程度，載波相位差分技術的資料整理包括兩部分內容，分別為不含有差值的觀測值和標準化的存儲形式。依據對圖紙所要求的精度以及實際的誤差值來去除較為不合理的觀察值。標準軟件是我國自主開發的一種較為先進的數字化繪圖軟件，是在CAD繪圖軟件的基礎之上進行一系列的創新和整合，所開發的新型軟件。這款軟件操作方便，容易掌握，軟件中自帶各種不同的工具和插件，以滿足使用的需要，繪圖人員只需要仔細閱讀軟件的使用說明書，便能夠熟練的對軟件進行操作。

五、GPS-FTK的重要地位及影響因素

傳統的測量辦法為由整體到局部，首先進行控制操作，之后再進行分級設置網絡的操作，圖紙上可以顯示不同的網絡，分別為一級控制、機密控制和根部控制、信號信息采集和圖紙繪制圖紙，要想把一項圖紙的測繪工作，需要對現場進多次的實地考察與測量，工作中涉及到的人員較多，時間較長，效率比較低。并且精度不高，準確程度不夠，使圖紙中顯示的各種數值精確度比較低。面對傳統測繪過程中的諸多不便，GPS-RTK采集數據的方式改變了傳統的工作狀況，能夠將一級控制、機密控制和根部控制、信號信息采集這一系列的程序簡化，使精度提高。

1.基準站。根據GPS-RTK的工作原理，當標準臺的坐標精度不高時，流動站的坐標便很難準確，無論三維還是二維坐標都存在一定的誤差或者偏差，只有標準臺的定位較為準確，才能夠保證其他定位尺寸的準確性，因此，首級控制網的測設一定要嚴格進行，需要根據其相關規范嚴格操作，精度上到達規范要求，這樣才能保證標準臺的準確定位。

2.觀測狀況。電離的影響、多路徑的影響、天線的長度等測量值的精確與否都會對測量的準確程度有一定的影響，所以，只有采用較好的測量條件和觀測手段才能保證數據的準確性。標準臺的選擇，要充分考慮到衛星信號的影響以及數據的影響，還有不同路徑的影響。根據氣象條件以及衛星的預測手段，應選擇最合理的時間進行觀測才能保證數值的準確性，當坐標的精確程度滿足相應的標準值之后進行觀測，才能夠保證測量的準確程度。標準臺的天線長度應該按照指定的辦法確定，流動站的天線長度應該采用線桿來準確獲取。

3.參數轉換。不同坐標值的準確度與獲取辦法要相互吻合，控制點自身的準確度要滿足要求，并且控制點的數量根據測區面積及現狀能夠達到其規范要求，且分布要均勻，才能夠保證控制網的整體精度，從中計算出來的轉換參數才更有效。每次作業前都要在附近控制點進行參數的檢核，滿足規范要求后，方可進行碎步點的采集。

4.數據鏈。基準鏈的選取要合理，其長度可以設置的較短，滿足測量需要即可。通常控制其長度小于14千米，如果標準臺上設置儀器，則要保證儀器位置對中，并且整齊，測量狀況良好。在數據的整理中，對于測量誤差較大的或者無效數據，要盡快除去，避免對結果的干擾。

結束語：綜上所述，采用GPS-RTK設備繪制數字化測圖與傳統的圖紙繪制相比較，極大的節省了時間，節約了人力和物力，使工作效率有了較大的提高。我國的測繪人員在近些年的工作中積累了寶貴的工作經驗，尤其是現在各個省和城市都建立的CORS站（連續運行參考站），使得GPS-RTK在各行各業建設中更加靈活方便的運用，這使得一些普通的測量在效率方面又得到了一次升華，在今后的工作當中，還應該學習國外的先進技術和工作經驗，再結合我國的實際狀況，使GPS-RTK技術在數字化測圖中得到進一步的提高。