浅谈RTK与全站仪联合作业在数字化测图中的应用

【摘要】本文提出了应用GPS-RTK与全站仪联合作业的方法，即在进行地形测量时，空旷地区的地形、地物用RTK测之；村庄、城市内的建筑物、构筑物用RTK实时给出图根点的3维坐标，然后用全站仪测之。实践证明该方法是切实可行的。

【关键词】数字测图；全站仪；GPS-RTK；联合作业

0.前言

数字测图是近10～20年随着计算机、地面测量仪器、数字化测图软件的应用而迅速发展起来的内容，广泛用于测绘生产、水利水电工程、土地管理、城市规划、环境保护和军事工程等部门。数字化测图作为一种全解析机助测图技术，与模拟测图相比具有显著优势和发展前景，是测绘发展的技术前沿。目前许多测绘部门已经形成了数字图的规模生产。作为反映测绘技术现代化水平的标志之一，数字测图技术将逐步取代人工模拟测图，成为地形测图的主流。目前，数字测图野外数据采集设备主要有全站仪与GPS-RTK，两种测量方法都有自己的优点，同时其不足也是并存的。随着工程质量：要求的不断提高，单一使用GPS-RTK或全站仪已经无法满足实际测量工作的需要，这样就出现了在同一工程中同时采用两种方法的联合应用，即GPS-RTK的测量成果常为全站仪所用，全站仪测量值又常作为检校GPS作业的依据，解决了水平方向遮挡（全站仪）问题，也解决了上方遮挡（GPS-RTK）问题，避免了单独使用GPS-RTK或全站仪作业的局限性，实现了优势互补、取长补短，既可快速布设控制点，又能高精度快速获得3维坐标。这样可以大大加快测量速度，也提高工作效率。

1.数字化测图概述

20世纪90年代起，随着科学技术的进步和计算机技术的迅猛发展及向各个领域的渗透，以及电子全站仪和GPS-RTK等先进测量仪器和技术的广泛使用，数字测图技术得到了突飞猛进的发展，在房产、土地管理、城市规划、环境保护及军事工程等部门已得到广泛应用。数字化测图的实质是一种全解析机助测图技术，它使得地形测量成果不再仅仅是绘制在纸上的地形图，而是以计算机存储介质为载体的，可供计算机传输、处理、多用户共享的数字地形信息。广义的数字化测图又称为计算机成图，主要包括地面数字测图、地图数字化成图、航测数字测图和计算机地图制图。

数字化测图较之传统的平板仪或经纬仪的白纸测图方法，具有显著的经济技术优势。可概括为：测图劳动强度低、效率高；成果能满足数字化、信息化时代的需求；点位精度高，精度与比例尺无关；成果便于保存与更新；数据利用率高。

2.全站仪与GPS-RTK数字测图分析与比较

2.1全站仪简介及测量原理

“全站仪”全称为“全站型电子速测仪”(ElectronicTachometer Totolstation)通常又称为“电子全站仪”或“电子速测仪”。它是把测距、测角和微处理机等部分结合起来形成一体能够自动控制测距、测角、自动计算水平距离、高差、坐标增量等的测绘仪器，同时可自动显示、记录、存储和数据输出，全站仪又因其实现了测距的发射轴、接收轴与望远镜视准轴三轴共轴的结构，更适合于对移动目标及空间点的测量，内部有极其丰富的测量软件，可方便快捷地进行操作。另外全站仪通过传输接口与计算机、绘图仪连接起来，配以数据处理软件和绘图软件，可以实现测图的自动化，并具有坐标放样和自由建站等特点。

利用全站仪进行数字测图时，主要是通过极坐标法获得碎部点的坐标，其测量原理为以测站为中心和依测站上的已知方向，测定已知方向与所求点方向间的角度和测量测站点到各碎部点的距离，以确定所求点在图上的位置。

2.2 GPS-RTK简介及其基本原理

RTK(Real Time Kinematic)技术就是载波相位差分技术，是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。基准站通过数据链实时将采集的载波相位观测量及测站坐标信息一同发送给流动站，流动站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位。并组成相位差分观测值进行实时处理，同时通过输入相应的坐标转换参数和投影参数，能实时给出流动站的3维坐标及精度。RTK技术是GPS测量技术发展中一个新的突破。具有定点速度快、误差不积累、节省人力、作业效率高等特点，广泛应用于工程测量、数字化测图等领域。

2.3 RTK测量的局限性

通过GPS-RTK的技术，在大面积的空旷区域测绘地形图可以极大的提高测量的效率和速度，对全站仪测绘地形图由于多次迁站而产生精度误差和时间耗费上都是一个改进。但在实际应用中，我们也发现了GPS-RTK技术存在的局限性，只有了解了这些才能够在今后的工作中扬长避短。主要表现在以下两个方面：

第一，卫星状况的影响。在房角下、密林、陡崖及大的斜坡下，接收不到有效的卫星信号，无法求出固定解，所以应避开这些地方，采用全站仪等其它的测量手段进行。

第二，基准站电台发射功率的影响。电台发射功率的大小，限制了基准站和流动站之间信号的传播，也限制了基准站和流动站的距离，RTK测量的精度也随着基准站与流动站距离的增长逐步降低。在居民地内，受障碍物反射的无线电信号的影响接收不到电台，所以还要用全站仪测量。

2.4 GPS-RTK及全站仪的优缺点比较

采用全站仪进行数字测图，设站灵活，操作简单，自动记录，自动计算，直接获取地面点3维坐标，成为勘测、设计、施工和管理不可或缺的测量工具。其缺点是被观测点水平方向要通视，受地形和人为因素影响大；并且需建立足够的控制点，作业量大，投入也大，外业时间较长；而GPS-RTK测量，可全天候进行，省去了大量的控制测量时间，无需与测站通视，工作效率很高，定位精度均匀，作业自动化、集成化程度高，在地形简单，天空开阔的地区，其优势更加明显。但在单基站模式下受到作业半径的限制或遇到高大障碍物时，就很难接收到卫星和无线电信号，即使能够得到数据，精度也受很大影响。

3.GPS-RTK与全站仪联合作业方式研究

常规测量工作遵循“从整体到局部，先控制后碎部，分级布网，逐级控制”原则。具体工序包括首级控制网、加密控制网、图根控制网、特征点数据采集和成图。从施工流程可以看出，完成一个测区的测量工作需要数次进出作业现场。在同一测站上多次设站，导致作业效率低下，数次设站也将造成不必要的精度流失(如对中误差和定向误差增加等)。