GPS在山區大比例尺數字測圖及控制測量中的應用

唐磊+張海波

摘 要：GPS測量技術成為測量工程領域中的一種重要的測量定位手段。文章主要闡述GPS-RTK技術在山區進行大比例尺數字測圖的作業流程，影響GPS-RTK測量精度的主要因素和提高措施。同時借鑒本次項目中的實際經驗，對山區大比例尺數字測圖及控制測量中的方法與經驗進行了探討。

關鍵詞：大比例尺；GPS-RTK；數字地形圖

中圖分類號：P641.71 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）33-0140-02

Abstract： GPS measurement technology has become an important measurement method in the field of measurement engineering. This paper mainly describes the operation flow of GPS-RTK technique in mountainous area， and the main factors influencing GPS-RTK measurement precision and improvement measures. At the same time， the paper discusses the method and experience of large scale digital mapping and control measurement in mountainous area.

Keywords： large scale； GPS-RTK； Digital topographic map

隨著科學技術的不斷提高，測繪大比例尺地形圖的方法已經發生了質的改變，從經緯儀配合平板、經緯儀配合量角器等傳統方法，到如今利用全站儀進行數字化測圖，由白紙成圖轉變為數字化測圖，無論是測繪方法的精度還是作業效率，都得到了質的飛躍，在很大程度上降低了測繪工作者的工作強度。但全站儀數字測圖易受通視條件的限制，使得在山區進行地形測量時變得較為困難。近年來，GPS-RTK實時動態測量技術打破傳統布設各級控制網的方案，不受通視條件的限制，不需要頻繁搬站，從而提高工作效率。

1 RTK測量原理及在數字化測圖中的優勢

RTK（Real Time Kinematic）是一種實時動態測量技術，以載波相位[1]為基礎，差分GPS數據處理方法，實時獲得測站點在指定坐標系中的三維定位結果， 且定位精度為厘米級。RTK測量系統一般由三部分組成： 即GPS接收設備、數據傳輸系統和實施動態測量的軟件系統。RTK測量時需要兩臺或者是兩臺以上的GPS接收機，用以接收衛星信號。基準站的發射電臺與流動站的接收電臺共同構成數據傳輸系統，軟件系統可以實時解算出流動站三維坐標， 并對保障實時動態測量結果的精確性與可靠性具有決定性意義。然而RTK技術還存在一定的局限性，例如遮擋，強磁場干擾，太陽黑子以及超遠距離等因素都會影響測量結果。

RTK測量基本原理：放置一臺GPS接收機在基準站，其余GPS接收機作為移動站，對GPS衛星進行連續觀測，利用數據鏈，基準站將收集到的數據和基準站信息傳輸到一個或是多個移動站中，由此可見，移動站需要將采集到的數據在系統內部進行實時處理，將接收到的衛星信號和收到基準站信號實時聯合解算，求得基準站和流動站間坐標增量（基線向

量）。

RTK在數字化測圖中的優勢：RTK在地形測圖中不受通視條件限制；圖根控制和碎步測量可同時進行并且精度較高；RTK技術自動化程度高，操作簡單方便。

2 測區概況

該測區位于湖南省某市湖庫區內，山地崎嶇，樹木旺盛，遮擋嚴重，通視條件差，測量工作難度較大。

工程概況：沿公路進行現場勘查，測區為帶狀地形，采用碎步點測量，并且在作業過程中，適當的進行測量復核。

3 GPS控制測量

3.1 控制測量實施步驟

（1）準備工作：收集山地測區的控制點的相關資料，對GPS靜態和RTK測量進行技術設計。首先必須先對儀器進行常規檢測，確保儀器的可使用性。

小組人員安排如下：基準站設置1人，流動站共計三臺，每臺安置兩人，畫草圖人數為1，操縱儀器人數共計2人。

其次使用Pccdu軟件設置采樣率，然后使用4臺GPS接收機對山地測區內的全站儀1級導線點進行靜態測量，時長為40分鐘，將其中兩點作為已知點，使用Pinnacle軟件解算出它們在WGSO84坐標系中的經度、緯度和大地高程及剩余各點的平面坐標。

（2）基準站的選擇

我們將基準站設置在一個較為開闊的山頭（未知點）利用后方交匯的原理，通過兩個已知點交匯測出基站位置，為此消除了人工建站的誤差，提高數據準確性。

（3）將所有的連接線連接好，最后連接電瓶線，打開電源。用手薄進行流動站的設置工作。

（4）檢查電臺頻率，保證流動站的通信道口和頻點與基站一致。然后連接電臺。

（5）檢查核對所有已知點坐標和高程，確保圖跟點的點位符合《工程測量規范》的要求。

（6）碎步測量：保證基準站正常工作，其余流動站開始RTK碎步點采集數據，設置好參數，將RTK設置為點模式亦或者線模式，一人繪制草圖。

3.2 數據處理

基本流程：觀測數據-數據傳輸-預處理-基線解算-CPS網平差。

將數據傳入電腦，利用CASS軟件以及草圖共同完成該山地測區地形圖的編輯。采用靜態數據的處理模式處理GPS控制網的基線解算與網平差，并去除含有粗差的數據RTK數據。

CASS數字化成圖：在本次作業中我們采用的是CSAA5.1軟件，該軟件以AutoCAD為基礎平臺，是一個方便易用的數字化成圖插件，工具和圖庫的集合，作業人員根據CASS軟件所附帶的說明書和操作指南，即可繪制出符合國家規范的數字化地圖。

3.3 影響GPS-RTK測量精度和可靠性的主要因素和提高措施

影響因素：（1）RTK基準站數據鏈傳輸的影響。在山地測區中，由于RTK技術的局限性以及測區植物茂密，樹木旺盛導致通視性降低，無線電信號的傳輸在RTK中非常重要。（2）基準站坐標精確度?；鶞收咀鴺司仁潜ＷCRTK精度的重要因素。（3）衛星信號的影響：RTK測量要求基準站和流動站能同時接收到至少五顆相同的衛星信號。（4）轉換參數的影響：轉換參數的求解作為RTK技術的測量基礎，精確度的高低是影響RTK因素的關鍵。轉換控制點的精度和分布對轉換參數有著直接影響。

提高措施：（1）利用后方交匯原理算出基準站坐標，消除人工測量誤差。（2）基準站選擇視野開闊，便于上點，大功率無線電發射源以及高壓電的地方，以此增強電臺的輻射半徑。

4 結論及建議

結論：RTK測量技術比常規測量及靜態GPS測量，能夠較好的滿足根控制測量和大比例尺數字測圖的精度要求，RTK技術平面精度可以達到厘米級，當進行通視條件較差的野外作業時，RTK技術的作業效率和實時性也能很好的結合，但與GPS控制測量相比較，RTK缺少檢核條件，因此并不適合首級控制[2]。

建議：流動站和基準站之間的距離越長，RTK的精準度則會相應的降低，因此，在測量過程中，應該合理控制流動站與基準站之間的距離。

參考文獻：

[1]武堅，王積武，張峽輝，等.山區村落單基站RTK測量的可靠性檢測和成果精度評估[J].測繪與空間地理信息，2014，37（05）：101-102+113.

[2]陶國春.GPS-RTK技術在條帶地形圖測繪的應用[J].煤炭技術，2010，29（09）：142-143.

[3]山鋒，張亞，劉杰.數字測圖技術應用現狀與發展分析[J].科技創新與應用，2013（27）：59-60.endprint