GPS—RTK測量技術在地形測繪中的應用

彭鑫

摘要：GPS-PTK技術廣泛的應用，已經成為工程施工建設中不可或缺的技術之一。在地形測量工作中充分運用GPS-RTK的優勢，可以快速完成地形的信息采集和圖形測繪等，例如高程屬性、位置屬性等，由于其在實測過程中添加代碼方便，所以在后期繪制地形圖中極大地提高了工作效率。本文通過結合唐山三友鹽化有限公司鹽田改造工程施工建設，對GPS-RTK技術在1：2000陸域地形測繪以及1：2000水域地形測繪中的應用進行了研究和探討。

關鍵詞：GPS-RTK測量技術；工程建設；地形測量；應用

GPS-PTK（GlobalPositioningSystem RealTieKinematic），是現代地形測量中最常用到的一門技術，主要通過參考站對衛星導航系統進行監測，并將采集到的地形數據傳輸給流動站，流動站通過收集基準站及自身數據進行分析處理，從而實現實時定位的功能。在地形測量中，結合GPS-PTK測量技術的功能特點，能夠進行地形數據的采集、地形圖的測繪等工作，最終得到精確的海拔、坐標或山區地形等數據，同時也能夠幫助提高作業人員的工作效率和質量。

1.GPS-PTKT作原理

目前相對定位靜態GPS技術以及實時動態GPS-PTK技術在我國城市建設測繪中的運用較為廣泛。高精度的測量通常是采用靜態GPS技術，而它在布置范圍較大的大地控制網和各種GPS局域網的時候需要的時間長，并且要經過處理才能得到準確的結果。而作為GPS技術中的一個里程碑的實時動態GPS-PTK技術是以載波相位測量基礎實現實時差分GPS技術，它能達到厘米級精度。基準站以及流動站組成了GPS-PTK測量系統。原理是以獲取的坐標參考點為基準點，并安裝接收機，連續的觀測衛星，用數據鏈傳送的方式將測量值、衛星的跟蹤狀態以及接收機的狀態發送出去；流動站上的接收機基準站上的觀測數據，用相對定位原理進行實時計算，得出基準站的三維坐標以及測量精度。這種方式能實現對待測點的精度實時監測。

2.GPS-RTK測量技術在地形測繪中的應用

2.1工程概況

為順利推進唐山三友鹽化有限公司鹽田改造工程施工建設，天津市海洋地質勘查中心受甲方委托，承擔大清河鹽場附近區域地形測繪任務。本次測量在河北省唐山市京唐港西大清河鹽廠及附近海域，工作內容主要包括1：2000陸域地形測繪以及1：2000水域地形測繪。本工程采用西安80坐標系，高斯三度帶投影，高程采用1985國家高程基準。

2.2測區控制測量

根據測區已有控制點資料，并根據GPS-RTK系統采集的WGS84坐標，計算出測區范圍內的轉換參數，并通過連續觀測得到控制點坐標，二級圖根控制網在首級控制網的基礎上，根據實際測圖需要進行布設GPS1、GPS2、GPS3、GPS4四個二級控制點，用于每天的檢校。

2.2.1點位選擇

根據設計進行實地踏勘，逐點落實設計的點位，點位選擇時充分參考規范要求，如：測站視場內地平仰角15°以上不能有障礙物，以避免遮擋衛星信號。為了便于GPS的外業測量，應選在交通方便、便于安置接收機設備和操作的地方。為了避免GPS信號的多路徑效應，點位周圍50m內應無高大建筑物或面狀金屬反射物，也不要選在大范圍水面的邊緣。為了避免電磁干擾，點位應離開高壓輸電線，變電站100m以上，離開射電干擾源應在300m以上，要避開定向的雷達天線和微波天線的輻射方向。同時，在布設GPS控制點時要保證點位分布均勻，以達到較好的圖形質量。

2.2.2坐標系統相互轉換參數

采用HDS2003數據處理軟件測區四參數和高程擬合解算，參數解算成果如下：在將參數設置到手簿中，進行控制點成果檢核，控制點測量平面誤差在±2cm以內，高程誤差在±5cm內，滿足區域測圖精度要求。

2.3水域地形圖測繪

2.3.1測線布設

根據《水運工程測量規范》（JTSl31-2012）中水深測量間距設置相關要求進行水深測線布設，主測線間隔為圖上20mm，本測區測量比例尺為1：2000，故本次測線布設間距為40m，聯絡測線間距400m。

2.3.2測量檢校

每次野外實施測量前，在單波束架設完后，將先作校正單波束高程及水深，將GPS連接到單波束上，打開水深采集軟件，檢查單波束參數設置是否與GPS設置參數一致，如不一致進行修改。將GPS連接到測深儀上，進行定點水深測量，定點測量三次，取其平均值；再將GPS取掉，進行探頭位置高程測量，測量三次，取其平均值；將此處高程與單波束測量進行對比，誤差在5cm以內，滿足要求，可實施本工作日測量。

同時，實施過程中，技術人員全程操作儀器設備，如發現設備信號、水深數據異常，立即停止測量，查找原因，問題解決后，方可測量。

在測量期間，按規范要求，在測區內布設了測深檢查線（與主測線垂直），通過比較測深檢查線與主測深線相交處，即圖上1mm范圍內水深點的深度互差，均滿足：H≤20m，深度比對互差≤0.4m的限差要求（超限點數不超過總比對點數的20%），見表1。

2.3.3施測方法

水域地形測量，按照1：2000地形圖要求，根據測量設計中布設好的測線，使用單波束測深配合GPS-RTK無驗潮的方式進行測量，測線間距40m，采集點采用距離方式進行采集，采集點間距20m。通過量取探頭吃水深度和RTK流動站天線高，將探頭高程換算出來，換算關系見圖1。

2.3.4水域地形數據處理

水域水深處理主要按照以下流程進行：

（1）對水深數據、導航數據進行檢查，刪除壞的數據并由軟件進行自動處理。

（2）對數據進行數據綜合改正。

（3）將綜合改正的數據進行合并，產生位置及深度，并生成DAT文件。

將南方自由行軟件處理后的數據，導入南方CASS9.1，展野外測點到圖上，生成DTM，繪制三角網并生成等深線，1：2000按0、1.0m、2.0……10m生成等深線。

2.4陸域地形圖測繪

本次陸域測繪項目利用GPS-PTK及全站儀進行碎部點采集，詳細測定各地物、地形、地貌的屬性和位置。由于本測區地物主要為蝦池、魚塘、蘆葦地、河道，地形相對簡單，故采用野外編碼加草圖方式繪制地形圖。

地物點、高程點和水下地形點采用VRS結合全站儀進行觀測，每天作業前均將VRS基準站架設到首級控制點或圖根控制點上，在相對距離較遠的控制點上用VRS流動站進行檢校，用另一個已知點作為檢查，檢查坐標、高程與已知坐標、高程較差均小于5cm，方可開始碎部點采集。碎部點采集過程中操作員現場繪制草圖并標明觀測點號。

內業數據處理采用隨機軟件將儀器外業觀測數據下載到電腦中，用Uedit32軟件將觀測數據編輯為南方CASS9.1軟件認可的dat格式文件。將dat格式文件通過南方CASS9.1軟件展野外測點點號功能將野外測點展繪到CAD底圖上，依據野外測點編碼記錄及草圖，繪制相應的地物、地貌，并展野外高程點。

3.結語

GPS-RTK技術以其定位精度高且均勻、觀測時間短、可實時提供三維坐標、操作簡便、可以全天候作業等特點，在測量工作中大大提高了工作效率，減輕了勞動強度，越來越受到人們的青睞。本次應用GPS-RTK技術測量和成圖過程嚴格依據我中心質量管理體系中的質量手冊和程序文件管理辦法對測繪過程進行質量控制，成果資料采用二級檢查一級審定制原則，對不合格圖紙產品不予放行。首先，由項目組技術人員對作業過程和成果進行一級檢查，保證初步成果的質量；其次由我中心總工辦組織人員對初步成果進行二級審查，并將所發現的問題反饋給項目組進行處理，形成循環；最終成果，由總工進行審定，保證了成果的質量。