GPS-RTK與全站儀在工程測(cè)繪中的應(yīng)用

韓瑞慶　馬慶原

摘要：近年來，隨著GPS技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，它以其運(yùn)算速度快、成本低、精度高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際工程勘察工作中，會(huì)遇到許多復(fù)雜的地形和環(huán)境。在這種情況下，有必要在GPS-RTK和全站儀技術(shù)的配合下完成地形測(cè)繪，為后續(xù)工作提供準(zhǔn)確的依據(jù)。針對(duì)這種情況，本文將分析這兩種測(cè)量技術(shù)的工作原理，并將它們結(jié)合起來應(yīng)用到實(shí)際工作中，以提高測(cè)量工作效率。

關(guān)鍵詞：測(cè)量放線技術(shù);全站儀;GPS-PTK

近年來，隨著實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的發(fā)展，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，全站儀的自動(dòng)化程度很高，可以完成一個(gè)站點(diǎn)的所有工作。在放樣工作中，這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。在這方面，它們可以結(jié)合使用，以最大限度地利用優(yōu)點(diǎn)，避免缺點(diǎn)，獲得更好的測(cè)量效果。這種方法叫做無障礙測(cè)量。下文將討論這兩種方法的聯(lián)合應(yīng)用。

一、GPS-PTK工作原理

GPS-PTK技術(shù)，是一種以載波相位觀測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，其是一種集合多種技術(shù)的組合系統(tǒng)，例如數(shù)字通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及GPS技術(shù)等等。該技術(shù)的出現(xiàn)，不但是GPS測(cè)量技術(shù)的一個(gè)進(jìn)展，并且網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的進(jìn)步，也可有效的處理傳統(tǒng)RTK中所存在的各種問題，如作業(yè)半徑、基準(zhǔn)站的設(shè)置等，操作者僅僅只要一個(gè)手持GPS接收器，即能夠開展不同級(jí)別的實(shí)時(shí)快速定位，繼而為測(cè)繪工作帶來極大便利。

PTK的主要工作原理為：在基準(zhǔn)站上放置一臺(tái)接收機(jī)，在流動(dòng)站（載體）上再放置一臺(tái)及其以上的接收機(jī)，兩站點(diǎn)（流動(dòng)站、基準(zhǔn)站）接收相同時(shí)間、相同GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，之后將基準(zhǔn)站所接收到的觀測(cè)值和已知位置的基本信息加以對(duì)比，以便得出GPS差分改正值。隨后，經(jīng)由無線電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)，在第一時(shí)間內(nèi)把該改正值傳送至共視衛(wèi)星的流動(dòng)站，繼而對(duì)其GPS觀測(cè)值進(jìn)行精細(xì)化處理，最終獲得改正之后的流動(dòng)站比較精準(zhǔn)的所在位置。

二、全站儀的工作原理

全站儀是將微處理器、距離測(cè)量、角度測(cè)量等多個(gè)部分組成一個(gè)整體，然后進(jìn)行角度測(cè)量和距離測(cè)量的自動(dòng)控制，從而自動(dòng)測(cè)量和計(jì)算高差、水平距離和坐標(biāo)增量的測(cè)繪設(shè)備。在這個(gè)過程中，該設(shè)備還可以自動(dòng)顯示數(shù)據(jù)、記錄、存儲(chǔ)和傳輸?shù)龋@是因?yàn)樗梢酝瓿梢粋€(gè)站的所有工作，所以命名為“全站儀”。采用極坐標(biāo)法進(jìn)行設(shè)備的平面定位測(cè)量。其工作原理是：以測(cè)量站為中心，測(cè)量站的已知方向決定測(cè)量方向與測(cè)量方向的夾角、距離和測(cè)量點(diǎn)的位置。其中，高程定位測(cè)量定義為三角高程。在實(shí)際測(cè)量過程中，由于能見度條件和地形等多種因素的影響，某些測(cè)點(diǎn)的位置不能由全站儀直接測(cè)量。因此，除了極坐標(biāo)法外，還將采用其他方法進(jìn)行測(cè)量，如兩點(diǎn)前方的交會(huì)和后方的交會(huì)。

三、聯(lián)合應(yīng)用分析

GPS與RIK聯(lián)合應(yīng)用主要是利用聯(lián)合應(yīng)用工作效率高的特點(diǎn)，進(jìn)行工作。二者聯(lián)合應(yīng)用，可以避免受衛(wèi)星狀況限制，天氣環(huán)境的影響和數(shù)據(jù)傳輸受到干擾等問題。聯(lián)合應(yīng)用普遍來說包括以下幾個(gè)步驟。

（一）要布設(shè)控制點(diǎn)。這個(gè)步驟是以后所有步驟的基礎(chǔ)。在GPS與RTK有效作業(yè)半徑的三分之二之內(nèi)進(jìn)行制高點(diǎn)基準(zhǔn)站設(shè)置。而控制點(diǎn)的需在你則要盡量避開無線電干擾較大的路徑。在RTK基準(zhǔn)站設(shè)置完成后，便可以開始觀測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)。如果找不到已知的坐標(biāo)點(diǎn)，便可以在基準(zhǔn)站的附近測(cè)量出固定解，并利用全站儀反復(fù)驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。另外，在測(cè)試區(qū)，應(yīng)該均勻布置控制點(diǎn)的位置，一般的邊長取為一千米左右，這樣有利于數(shù)據(jù)采集和基準(zhǔn)點(diǎn)重置。

（二）圖根點(diǎn)和碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。在第一步完成后，GPS和RTK便可以聯(lián)合全站儀進(jìn)行地形地物的數(shù)據(jù)采集了。要強(qiáng)調(diào)的是在每次作業(yè)之前都要設(shè)置GPS與RTK的基準(zhǔn)站。再聯(lián)合測(cè)試處三個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，坐標(biāo)必須是三維的。將其中一個(gè)坐標(biāo)作為全站儀的測(cè)站點(diǎn)，另外兩個(gè)則作為定向點(diǎn)和檢查點(diǎn)。這樣聯(lián)合作業(yè)的好處就在于，對(duì)于全站儀不便測(cè)的數(shù)據(jù)，可以用GPS和RTK進(jìn)行測(cè)繪。對(duì)于GPS與RTK不便測(cè)出的數(shù)據(jù)，可以用全站儀進(jìn)行測(cè)量。在數(shù)據(jù)全部采集完成后可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分離。對(duì)于圖根點(diǎn)的有關(guān)數(shù)據(jù)要單獨(dú)提煉出，用原始測(cè)量的數(shù)據(jù)形式進(jìn)行平差，計(jì)算出圖根點(diǎn)坐標(biāo)以后，對(duì)碎部點(diǎn)進(jìn)行處理。以上兩步是無論什么形式的聯(lián)合作業(yè)都要經(jīng)歷的兩個(gè)基礎(chǔ)步驟。此外，根據(jù)地形和環(huán)境的不同，不同的作業(yè)可以應(yīng)用不同的特殊方案。

很多文獻(xiàn)表明，在全站儀利用GPS和RTK進(jìn)行所謂的圖根點(diǎn)設(shè)站時(shí)，要進(jìn)行必要的檢查。因?yàn)樵谟行┑胤剑捎谛盘?hào)遮擋等原因，會(huì)造成作業(yè)的誤差，反復(fù)檢查可以保證測(cè)圖的精度。同時(shí)，如果控制點(diǎn)距離測(cè)區(qū)很遠(yuǎn)，為促進(jìn)測(cè)圖進(jìn)度，RTK測(cè)試控制點(diǎn)時(shí)，全站儀可以在測(cè)區(qū)內(nèi)部利用假設(shè)的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)圖。在外業(yè)結(jié)束以后只要參照RTK測(cè)出的控制點(diǎn)坐標(biāo)就可以進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。在這一步驟中，數(shù)字成圖軟件的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能起到很大作用。針對(duì)上述情況，利用二者聯(lián)合的作業(yè)方法克服了作業(yè)過程中工序步驟較多的弊端，也節(jié)省了人力和物力，保證了作業(yè)成果和效率。

四、結(jié)束語

通過GPS-RTK和全站儀的聯(lián)合使用，大家可以發(fā)現(xiàn)其有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。其中，優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：集成化、自動(dòng)化水平高。且測(cè)繪效果好，在GPS幫助之下，可較快的靠近放樣點(diǎn)，快速完成放樣作業(yè);數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠，且能夠現(xiàn)場(chǎng)得出較為準(zhǔn)確的結(jié)果;有較高的定位精度，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，無誤差累積，各個(gè)測(cè)點(diǎn)之間不需要進(jìn)行通視;使用操作簡單、方便，有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理水平。缺點(diǎn)表現(xiàn)為：會(huì)受到衛(wèi)星狀態(tài)、天空環(huán)境以及高程等的影響，繼而對(duì)其測(cè)量精度帶來影響。對(duì)此，工作人員應(yīng)對(duì)其繼續(xù)展開研究與探索，以便將兩種測(cè)量技術(shù)的效果充分展現(xiàn)出來。

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