Epsce-RTK一體化測圖技術與系統實現

尹國友

(重慶市勘測院，重慶 400711)

1 引 言

目前RTK測圖采用更多的是簡碼法、草圖法，或二者結合，外業僅采集了地形特征點位三維坐標，需要經過大量的內業處理和外業對圖才能最終成圖，其實并不是真正意義上的全野外一體化測圖[1]。

重慶北斗衛星地基增強系統是全國首個山地區域北斗衛星地基增強系統，解決了山高樓多、地勢起伏大造成的信號接收難、定位難、精度低等問題，自主研發的多模多頻接收機及網絡參考站系統，能夠與國外GNSS系統兼容[2]。重慶北斗衛星地基增強系統于2013年建成，基于其諸多優點和廣泛適用性，已被重慶測繪界廣泛應用。北斗RTK S82C是南方測繪公司自主研發主板的一款產品，是真正意義上的國產GNSS RTK接收機，其性價比高、競爭優勢明顯，支持多星系統，能兼容北斗和GPS。工程之星為南方測繪的RTK手簿自帶的測量軟件，能很好地為野外作業提供穩定便利的數據鏈。EPSW電子平板測圖系統是由清華山維公司推出的測圖軟件，而Epsce是基于掌上電腦的野外測圖系統，其圖屬編輯功能強大，能通過指揮全站儀讀數，進行靈活方便的全野外數據采集[3]。鑒于上述軟硬件情況，為實現真正的一體化測圖，本文基于重慶北斗衛星地基增強系統、北斗RTK接收機和Epsce測圖軟件，提出了Epsce-RTK一體化測圖的全新模式，給出了系統結構，闡述了開發系統用到的關鍵技術，解決了功能實現的相關技術問題。

2 Epsce-RTK一體化測圖系統

2.1 系統總體結構

系統充分利用重慶北斗衛星地基增強系統，將南方測繪公司推出的北斗S82C接收機與清華山維公司研發的Epsce測圖軟件相結合，采用南方RTK手簿進行一體化測圖作業，進一步擴展了網絡RTK技術在測繪領域中的應用。可以讓用戶不再依賴全站儀，將測量的數據、地物信息實時顯示在屏幕上，并可以通過簡單的操作處理實現實時成圖，使測量外業更加高效。

系統由硬件和軟件兩部分組成，其中硬件部分采用南方測繪S82C接收機和RTK測量手簿，軟件部分包括工程之星RTK測量軟件、坐標轉換模塊、Epsce-RTK測圖軟件，均運行于南方RTK測量手簿中。各組成部分的具體功能說明如表1所示。

模塊功能說明表 表1

2.2 關鍵技術

(1)Epsce二次開發

原Epsce測圖軟件僅能連接全站儀進行測量，但該研究需要將RTK測量設備接入進來，在完全保留Epsce原有測圖功能的情況下，增加RTK測圖作業模式，形成Epsce-RTK一體化測圖系統。清華山維公司推出的EPS軟件在基本功能的基礎上提供了兩種二次開發工具，分別是基于基礎庫的二次開發和腳本類的二次開發，其中前者主要使用C++作為軟件開發語言，后者主要以VBScript和JavaScript作為開發語言，但常用VBScript。為了保證RTK測圖的穩定性和高效性，該系統以EVC為平臺，采用C++進行二次開發。

(2)UDP通信協議

UDP是User Datagram Protocol的簡稱，即用戶數據報協議，是OSI參考模型中一種無連接的傳輸層協議，提供面向事務的簡單不可靠信息傳送服務。在網絡中它與TCP協議一樣用于處理數據包，是一種無連接的協議，特別適用于端口分別運行在同一臺設備上的多個應用程序[4]。

由于工程之星RTK測量軟件、坐標轉換模塊、Epsce測圖軟件為3個分離的軟件，采用基于UDP通信協議進行數據交換，成功地實現了在Epsce測圖軟件中進行以重慶市獨立坐標系為基準的測圖作業。坐標轉換軟件作為UDP協議的服務器端，工程之星RTK測量軟件和Epsce-RTK測圖軟件作為UDP協議的客戶端，差分定位信息到達工程之星RTK測量軟件后，由它以UDP協議進行封裝后發給坐標轉換軟件進行坐標實時轉換，完成后分別轉發給RTK測量軟件和Epsce-RTK測圖軟件。

本系統中UDP協議轉發數據由兩部分組成：工程之星轉發給坐標轉換軟件的數據，包括WGS84坐標系的經度(L)、緯度(B)、大地高(H)、垂直精度(HRMS)、水平精度(VRMS)、位置精度強弱度(PDOP)、解狀態、衛星數(鎖定衛星總和)、北京時間；坐標轉換軟件計算完成后對外發送的結果數據，包括重慶獨立系平面坐標和正常高(xyh)、區域、精度等級、垂直精度(HRMS)、水平精度(VRMS)、位置精度強弱度(PDOP)、解狀態、衛星數、北京時間。UDP外發數據格式的組成如表2所示。

UDP外發數據格式組成說明 表2

3 系統功能實現及應用

3.1 系統功能實現

在應用RTK測圖時，將GNSS接收機開機，打開RTK測量手簿后，首先運行坐標轉換模塊，然后啟動工程之星RTK測量軟件，并設置開啟坐標轉換服務，當GNSS接收機鎖定衛星信號后，打開Epsce-RTK測圖軟件中的GNSS測量界面，可看到獨立坐標系的定位結果以及平面高程精度信息、PDOP值、衛星數和解狀態等信息，當解狀態為“固定解”時，即可進行RTK測圖作業。

(1)工程之星RTK測量軟件

打開工程之星(如圖1所示)，進入“配置”菜單下“工程設置”對話框，選擇“其他”選項卡，設置對應參數(如圖2所示)，勾選“使用”重慶市勘測院參數，“確定”回到主界面。

圖1工程之星主界面圖2設置主界面

進入“配置”菜單下“差分設置”(如圖3所示)，打開手機差分模式，并進行手機差分轉發設置(如圖4所示)，填入對應項，“獲取列表”成功后，選擇域列表中的“RTCM30”連接，成功后狀態框中信號標識為“B”，并且后面有信號條閃爍，待解狀態為“固定解”即可進行測量。

圖3手機差分設置界面圖4差分模式設置界面

(2)坐標轉換模塊

運行坐標轉換模塊，如圖5所示，點擊“開始”，等待幾分鐘“預加載完畢”，最小化界面。

圖5 坐標轉換程序界面

(3)Epsce-RTK測圖軟件

圖6 Epsce-RTK測圖軟件主界面圖7 RTK測量界面

3.2 系統應用

系統研發成功后，選取經檢驗合格的采用全站儀進行采集的重慶市自然博物館竣工測量項目進行重復測量，X坐標差值△x最大 0.056 m，Y坐標差值△y最大 0.051 m，高程差值△h最大值為 0.100 m。經統計，采用Epsce-RTK一體化測圖系統測定的地物點平面位置中誤差為 0.039 m，高程中誤差為 0.078 m，全部滿足相應規范要求。

從系統應用情況來看，Epsce-RTK一體化測圖系統具有諸多優勢。第一，節省大量生產成本，打破了測圖需要先做首級控制，再做圖根控制，最后用全站儀測量碎部點的傳統作業模式，節省了大量控制測量的費用。第二，生產效率成倍提高，一方面，外業生產攜帶設備少了，且不再需要觀測員，將原來的三人組或兩人組作業的模式最低可以減少到一人作業，節省了大量人力，生產效率成倍提高。另一方面，采用網絡RTK測量碎部點，不受通視條件影響，可全天候作業，有效作業時間得到大幅提升。第三，提升產品質量，采集碎部點時，繪圖員和接收機是在一起的，完全能做到“所見即所得”和野外實時成圖，避免了漏測、錯繪現象，從而提高了成圖的準確性，產品質量進一步得到保障。

但在實際應用過程中，Epsce-RTK一體化測圖系統，終究是采用網絡RTK進行碎部點采集，不可避免地具有GNSS測量的通病，受衛星信號強度的影響較大，比如：①在樹木密集區域內、高大建構筑物旁等衛星信號遮擋嚴重區域，無法進行精度要求的RTK測量。②網絡RTK作業半徑直接影響其定位精度和作業速度，數據鏈能否暢通也是RTK測圖能否成功的關鍵。對于這些不足，目前可以采用RTK和全站儀配合作業的方式解決，網絡RTK不能測量的時候先做控制點，然后再利用全站儀補充測量。

4 結 語

基于南方RTK手簿和Epsce繪圖軟件開發的Epsce-RTK一體化測圖系統，獲得了較好的操作體驗，能有效降低生產成本，生產效率成倍提高，并提升了產品質量。