浅析GPS RTK技术在地形测量中的运用

摘要：文章通过简述GPS RTK 基本工作原理，结合某测区地形测量的应用，介绍了GPS RTK作业模式时的仪器配置、作业过程。实践证明, 将GPS RTK 技术广泛应用于工程测量中, 能够达到高精度、高效益、大大提高作业效率及降低劳动强度等目的。

关键词：GPS RTK技术；地形测量；原理；运用

Abstract: This paper by briefly described GPS RTK basic working principle, combined with the application of a survey area topographic survey, introduced GPS RTK mode of operation of the instrument configuration, the operating process. Practice has proved that the GPS RTK technology is widely used in the engineering survey, to achieve high-precision, high efficiency, greatly improving the operating efficiency and reduces labor intensity purpose.Key words: GPS RTK technology; topographic survey; principle; use

中图分类号：P25

在工程测量中，地形测量是十分重要的一环，随着GPS RTK 技术的出现，使其测量手段变的简单而高效，与传统的测图方法相比，采用RTK 技术能大大降低外业工作的强度，节约人力，节省费用，提高工作效率。

1．GPS RTK 测量原理

将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于流动站上，基准站和流动站同时接收同一时间相同GPS 卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS 差分改正值。然后，将这个改正值及时地通过无线电数据链传递给流动站，以精化其GPS 观测值，得到经差分改正后流动站较准确的实时位置，用户通过输入相应的坐标转换和投影参数，可实时得到精度达厘米级的定位结果。

2．GPS RTK 在地形图测量中的具体运用

2.1测区概况

重庆大学城位于沙坪坝区虎溪街道、曾家街道和陈家桥街道，地处中梁山山脉和缙云山山脉之间。是我市西部新城率先启动的第一个功能片区，以教育科研为主，是重庆市重要科教文化基础设施项目和重点工程。我院受重庆市规划局的委托，拟对大学城极其周围区域进行1:500数字地形图测量,面积约64.4平方公里，测区主要位于沙坪坝区虎溪街道、曾家街道和陈家桥街道。

2.2 所用仪器设备

为确保项目质量，投入的主要仪器需要性能和精度满足要求的仪器设备。仪器设备必须按规范的要求进行检定，且检定合格并在有效期内。确保施测成果正确可靠。

2.3 GPS RTK控制点测量

2.3.1 RTK控制测量的主要技术要求

RTK控制点平面测量技术要求

备注：表中n为测站数

RTK控制点高程测量技术要求

三级GPS RTK控制点下布设图根导线时，可以附和二次；图根GPS RTK控制点下可附和一次图根导线，各图根导线在平面上不能交叉。

2.3.2控制网布设

在修测区域以布设图根RTK为主，在图根RTK控制点上可以附和一次图根导线；在较大面积的新测区域可以根据实际情况布设三级GPS RTK控制点，在三级GPS RTK控制点的基础上可以附和两次图根导线。

修补测图幅中的控制点密度根据修测的需要而定；在新测区域，平均每幅图不少于4个控制点。

2.2.3控制点选埋及编号

1）点位应便于安置接收设备和操作，利于安全作业；视野应开阔，点位周围15度以上不应有成片障碍物，以减少GPS信号被遮挡。

2）点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站、通信发射塔等），其距离不得小于200m，并应距离高压输电线不得小于50米。

3）点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效应的影响。

4）三级GPS RTK点应选埋或刻划在城市建设不易破坏的视野开阔的永久性建筑物顶，便于接测图根导线的地方。

5）三级GPS RTK控制点以实地刻划为主。在坚硬的石块等硬质地物上刻划20cm×20cm的方框，用电钻打约10cm深的孔，灌入铜芯，在显著位置按我院要求写明附桩号。

6）三级GPS RTK控制点按顺序进行编号，如“ M30001、M30002、 M30003、……M3xxxx”, 其中第一个“M”表示控制点的字母抬头及观测该点的RTK仪器编号，“3”表示控制点的等级为3级，“xxxx”表示三级GPS RTK控制点序列号。

7）图根RTK控制点按顺序进行编号，如“ 0M0001、0M0002、 0M0003、……0Mxxxx”, 其中“0”表示RTK图根控制点，“M”表示控制点的字母抬头及观测该点的RTK仪器编号， “xxxx”表示图根RTK控制点序列号。

8）GPS RTK点应布设不少于3个或不少于2对相互通视的点。任何一个点原则上有两个通视方向。

2.2.4外业观测

1）观测前应在内业进行卫星星历预报，做好仪器设备准备和工作计划，并对接收机手簿进行正确配置。

2）在对待测点观测前，要按照要求检校已知点，精度满足规范要求才可以进行下一步测量。

3）测量时采用三角架方式架设天线进行作业，测量过程中仪器的圆气泡应严格稳定居中。每测回仪器高应量取两次，量测至毫米，两次较差不应大于2mm，并取平均值作为最终成果。同一测回内的天线高必须输入一致，天线高不能为0。测回间应变更仪器高0.1米以上。

4）仪器到站正确架设量取天线高后，开机新建工程设置必要的信息，完成初始化。接着输入已知点点名和天线高，观测历元通常设为3～5秒，观测值应在得到RTK固定解且收敛稳定后开始记录数据，并获得已知点的WGS-84坐标。

5）当初始化时间超过5分钟仍不能获得固定解时，宜断开通信链路，重启RTK接收机，再次进行初始化操作。当重启3次仍不能获得初始化，则应选择其它位置进行测量。

6）每测回观测和记录的数据不应少于10个，经度、纬度应记录到0.00001〃，平面坐标和高程应记录到0.001m，并取平均值作为该测回的观测结果。

7）测回间应对仪器进行初始化，测绘间的时间间隔应超过60s。同时测回间应变更天线高0.1米。

8）当测回间平面坐标分量较差不大于20mm时，垂直分量较差不大于30mm时，取各测回结果的平均值作为最终观测成果。

3．数据处理和地形图的绘制

3.1数据处理

3.1.1三级GPS RTK平面成果计算

将观测数据（DC文件）传入计算机进行坐标转换。其精度满足各测回间平面最大较差小于2cm,高程最大较差小于3cm。

3.1.2图根GPS RTK成果计算

将观测数据（DC文件）传入计算机进行坐标转换，可求得各控制点的独立系坐标和高程值。其精度满足各测回间平面最大较差小于2cm,高程最大较差小于3cm。

3.2数字地形图测绘

3.2.1图根导线测量

根据测量地形图需要，以图根RTK点、三级GPS RTK控制点为依据，加密三维图根导线，图根GPS RTK点上的图根导线的附合次数不超过一次，三级GPS RTK点上的图根导线的附合次数不超过两次。图根导线长度不得大于900m，每条导线新设点均不超过11点。图根导线点按1A0101、1A0102、…1A0111编号，其中“1”为图根导线附和的次数，“A”为图根导线字头，“01” 为图根导线线号，“02” 为图根导线点序列号。图根导线点的密度应根据地物地貌复杂情况确定，点位应分布合理，以满足碎部测图的需要。图根导线点可选用木桩或在水泥地上刻作为点标志。图根导线采用Ⅲ级（测角标称精度为5″～8″，测距标称精度不大于10mm）以上精度的全站仪配棱镜进行观测，用掌上计算机进行记录，图根点高程采用光电测距三角高程方法施测，与平面观测同步进行。水平角观测一测回，测距为单向观测一测回，一测回2次读数，垂直角观测为中丝法往返观测各一测回，仪高、觇高均用钢尺量取至毫米。垂直角指标差较差绝对值应不大于25″，对向观测高差较差绝对值应不大于±80mm，附合路线高程闭合差绝对值应不大于±40mm。平差后导线全长相对闭合差不大于1/4000。

3.2.2修测1：500地形图

针对要补测的地形图，先用线划图（工作草图）在外业认真核实，对图上已变化的地物、地貌、房屋、道路、电力设施及各种检修井等做出标记或说明。1：500地形图按正方形50cm×50cm标准进行统一分幅和编号，等高距为0.5m，图式按《国家基本比例尺地图图式第1部分 1:5001:10001:2000地形图图式》 GB/T20257.1-2007执行。在利用原有竣工测量的1：500地形图时，对图中超出常规地形图的要素应进行取舍，使整个项目的资料尽量保持一致。

4．结语

GPS RTK 技术高效率、灵活、误差不积累、厘米级的高精度越来越受到测绘人员的青睐。GPS RT K测量的效率和效益, 给测绘行业带来革命性变化, 随着GPS RTK 技术步入正常的运行、管理、维护和应用的良性轨道, 该技术将在城市建设和经济发展中发挥更大的作用。