GPS—RTK在大比例尺地形测图中的技术与应用

摘要：随着GPS-RTK技术日趋成熟，RTK测量系统在测绘单位也在逐步普及。原有的测绘方法已经满足不了现在的速度和精度上要求，GPSRTK技术的应用大大提高了工作效率，同时解决了工作中已知点不通视和长距离的导线测量带来的误差问题。GPS定位技术无疑给测绘领域带来了一场深刻的技术革命，它标志着测绘工程技术的重大突破和深刻变革，尤其是实时动态GPS测量技术的应用，给测绘行业带来了相当可观的经济效益，显示了全球定位系统的强大生命力。本文主要介绍一下GPS—RTK在大比利尺测绘当中的技术和应用。

关键词：GPS—RTK工作原理，特点，应用 ，问题

中图分类号：V233.7+51 文献标识码：A 文章编号：

一、GPS—RTK的工作原理

1、GPS实时动态(RTK)测量技术是以载波相位观测量为依据的实时差分GPS测量技术，它能够实时地获得测站点在指定坐标系中的三维定位结果，能达到厘米级精度。RTK系统主要是由一个基准站，若干个流动站和数据通讯系统三大部分组成的。基准站是架设在一个固定的地方，接收卫星数据链接并通过电台或者其他方式发送到流动站。流动站可处于固定状态也可以处于静止状态，它不仅接收卫星数据和基准站差分数据，还要采集GPS的观测数据，计算出高精度的绝对位置。流动站在接收卫星信号的同时也通过其接收电台接收基准站的电台信号；在这两信号的基础上，流动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确地定出基准站与流动站的空间相对位置关系。由于观测条件、信号源等的影响会有误差，对于我们Z-X接收机来说，此部分的仪器标定误差为平面1cm+1ppm，高程上由于受电离层以及对流层的影响较大，精度略逊。这个工作有多种模型可以实现，软件采用的是平面与高程分开转换，平面坐标转换采用先将GPS测得成果投影成平面坐标，再用已知控制点计算二维相似变换的四参数，高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型，利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常，从而求出他们的高程。坐标转换也会带来误差，该项误差主要取决于已知点的精度和已知点的分布情况 。由于我们测量要得到绝对位置的网格坐标，因此需要做点校正，一般需要四个已知点，通过已知点的经纬度坐标和网格坐标，计算出转换参数。然后将转换参数应用到测量点上，得到高精度的固定解。基准站的坐标一般为已知坐标，移动站接收卫星数据后，经过软件进行处理求解使精度达到最高。

2、RTK技术的关键在于数据传输技术和数据处理技术。数据传输技术表现在RTK地位时要求基准站接收机实时地把观测的数据和已知的数据传输给流动接收机。而数据处理技术现在一般采用运动中快速求解整周模糊度的算法已经能在1MIN内实现整周模糊度快速准确求解，能很好地解决GPS信号失锁状态下快速重新初始化。

二、GPS—RTK在大比例尺地形测图中的应用

1、GPS—RTK用于地形测图

（1）原始数据采集

在取得了可靠的平面及高程成果后，在流动站接收机中建立可靠的平面及高程转换关系。基准将站架设在已知控制点，设置好基准站。在进行测量前要校核部分控制点的静态平面成果及水准高程成果，在误差范围内即可进行图根控制点加密及外业的碎部测量了。所有数据全部存储在流动站接收机的手簿中，避免了以往报、听、记录数据中可能发生的差错，保证了数据采集的完全正确性。

（2）数据传输

野外数据采集后，用专用电榄将外业采集的数据传输到计算机。一般每天野外作业后都要及时进行数据传输，以避免数据丢失。

（3）数据的格式

为了导出实用的数据信息，配合cass成图软件，数据输出格式是点号、东坐标、北坐标及高程格式。

2、GPS用于数字化地形测量技术的特点

（1）测量范围广。GPS技术由于由高策低，测量范围可以很大。可按需布设控制网,简化加密级别,省去联测过渡点。各个联测点之间不要求通视,不必建造测量标志。

（2）测量精度高。随着GPS技术的日益成熟和快速，当采用草图法数字测记模式作业时全部碎部点均采用全站仪测量，控制层次也相对较少，而测量数据作为电子数据格式可以自动传输、记录、存储、处理和成图在全过程中原始数据的精度毫无损失，不存在传统测图中的视距误差、方向误差、展点误差，很好地反映了外业测量的高精度，获得高精度的测量结果。现今,生产性作业精度：在小于50 km的基线上，其相对定位精度可达1×10－6 mm，在大于1 000 km的基线上可达1×10－8mm,可建立比常规测量精度更高的控制网。

（3）信息存贮传递方便。 数字信息可以通过磁盘、光盘以计算机文件的形成保存或传递，还可以通过电榄或计算机互联网转输。在数据的存贮、传递方面优势是传统测图无法比拟的。

（4）观测自动化程度高。数字化测图外业采集的数据可以自动记录于电子手簿中，避免了传统测图繁琐的记簿、计算、检核，外业用无线操作,内业用机处理数据。作业时间短,大大提高了劳动效率。星座布置完成后,可24h观测,在雨、雾、雪等条件下亦可全天候作业。

（5）测量成果可得三维地心坐标,优于常规测量的平面坐标和高程系统分离状况,有利于宇航、导弹发射等空间科学的应用。

三、GPS-RTK技术测量时应注意的问题

1、坐标转换参数的求解

在GPS静态测量中,不同坐标系的坐标转换是在数据后处理后处理时进行的。而对于RTK的测量是要求实时得出待测点在实用坐标或地方独立坐标中的坐标。坐标转换参数求取方法有两种：一种是现场采集，通过输入一定数量（要求三点以上）控制点的地方坐标，然后利用后处理或者GPS控制器内置的实时处理软件求解坐标转换参数。另一种是使用已有的静态数据，求出转换参数。

2、基准站的设置

RTK基准站设置需要考虑的问题

（1）要考虑基准站的周围环境，因为GPS接收的卫星信号要经过200000KM的空间传播，而且有对流层，电离层，反射等的干扰，到达接收机的信号已经很微弱，通常只有50-180DB，其电台采用功率小超高频电磁波，其频率一般为450~470MHZ，波长很短，其传输的距离跟天线高，地球的曲率半径和大气折射有关。

（2）为了减少多路径效应的影响，基准站周围应无明显的大面积的信号反射物，所以基准站设置既要选择避开高层建筑物和各种强电磁干扰源，还要考虑让发射电台有一定的高度。最好选在地势较高的地方以便利于电台的作用距离。

（3）接收机参数的设置

应用GPS-RTK测量技术要求基准站接收机和移动站接收机具有相同的波特率和卫星截止高度角，同时，还要考虑到接收机内存的大小和流动接收机观测时间的长短，需要采样率设置为适宜的数值。

3、常规仪器和野外作业配合使用

在流动接收机接收卫星信号较差，所能观测的卫星数少于5颗的地段，要配合常规仪器如全站仪采集碎不2点，GPS与常规仪器联合作业，可以优势互补，提高测图效率。

4、野外碎部点测量与内业数据处理

（1）碎部点测量

GPS—RTK测量碎部点的作业模式可以分为“点模式”和“线模式”两种。在连续地形测量时，若碰到一些独立地物，则可以将“线模式”暂停，当独立地物用“点模式”测量完成后，在继续进行连续地形测量。

（2）内业数据处理

首先进行数据预外理，即对外业采集数据的各种可能的错误检查修改和将野外采集的数据格式转换成图形编辑系统要求的格式。接着对外业数据进行图形生成，建立图形文件等操作，再进行等高线数据处理，即生成三角网数字高程模型（DTM）、自动勾绘等高线等。

四、结语

随着城市GPS台站网的建立和GPS软硬件的不断更新，它不仅免去常规测量中大量的计算工作，还具有投资少，工作效率高，劳动强度低、资源消耗小，成图美观、精度高等特点，并且方便修改，且存储形式为计算机存储的矢量图，便于利用和管理、实现数据的共享，大大地改变了传统的城市地形测量及工程测量的作业模式与工作流程。

参考文献：

[1] 潘观平.RTK测量校正点布设对高程拟合精度影响[J].江淮水利科技，2009（2）

[2]杨兆祥.GPS-RTK技术在公路测量中的应用前景探讨[J].林业科技情报，2010（11）