电子信息核心期刊杂志-RTK技术在地形图测绘中的应用

时间：2013-07-25 作者：lyqkw 所属分类：未知 点击：191次

　　摘要：由于科学技术的飞速发展，测绘技术和测绘手段不断提高。RTK (Real Time Kinematics) 测量技术日益成熟，RTK 测量技术逐步在测绘中得到广泛的应用。RTK 测量技术具有精度高、实时性、高效性的特点，RTK技术现已广泛应用于地形、地籍和工程测量等当中，大大提高了测绘效率及精度。本文将以湖北宜昌市夷陵区坦荡河金矿1：1000地形图测绘为例论述RTK技术在地形图测绘中的应用。

　　关键词：电子信息论文,核心期刊投稿,GPS定位;RTK GPS技术;控制测量;地形测绘

　　1. GPS定位技术

　　目前，较常用的GPS定位分为两种：静态GPS定位测量和动态GPS RTK定位测量。一般静态GPS定位测量主要是速度比较慢，每站所需时间大约要30分钟至1.5小时，而且多需要经过后处理才能得到结果，但精度非常高，平面坐标可以达到厘米级，适用于工程建设方面首级点位的控制测量。动态GPS RTK定位测量，它是以载波相位测量为根据的实时差分GPS测量技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在宽阔无障碍物的情况下，速度快，精度高。广泛适应于开阔地域地形图测量时的数据采集及地质、勘探、井位定位等方面的工作。

　　2.RTK GPS测量系统设备

　　RTK GPS测量系统主要由GPS接收机、数据传输系统、软件系统三部分组成。

　　3.实例

　　3.1 测区概况及已有测绘资料

　　测区位于湖北宜昌市雾渡河镇龚家河村，行政区域为东至龚家河村徐家冲主沟东侧，西至周家河，南至坦荡河主河道南侧，北至樟村坪镇秦家坪村肖家湾，交通便利。测区内多是3-6年生的树木，灌木、杂草丛生，通视条件差，人行困难。测区多由山与沟组成，地形陡坎较多。测区面积12.97平方公里。本次测量工作利用矿区周边三个D级GPS控制点。经实地踏勘，点位保存完好。成果为1980西安坐标系，1985年国家高程基准,可以做为本次控制测量的起算点。如下表：

　　夷陵区坦荡河金矿地形地质测量D级控制点

　　点名XYH备注

　　15833458811.695537515596.4039932.218埋石

　　15843456087.273637518222.3536775.225埋石

　　15873455763.304637515008.5747764.773埋石

　　3.2 作业依据、设备和人员安排

　　(1) 国家质量技术监督局发布《地质矿产勘查测量规范》GB/T 18341-2001。

　　(2) 国家测绘局发布《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T18314-2001

　　(3)《1:500、1:1000、1:2000地形图测量规范》(GB/T 16819-1997)

　　(4) 采用的仪器设备有华测GPS双频接收机X90三台，CASS7.0成图软件一套，笔记本一台及相关通讯设备。该仪器标称精度：平面精度 10mm+1ppm,高程精度20mm+1ppm。GPS接收机在作业前均通过检测，性能和精度均符合标称精度。

　　(5) 人员安排：基准站一人;每个流动站两人，一人操作仪器，一人绘制草图，总共需7人。

　　3.3 控制测量

　　3.3.1 坐标系统

　　RTK测量采用WGS84系统，当RTK测量要求提供其它坐标系(北京54坐标或西安80坐标系等)时，应进行坐标转换。

　　3.3.2 RTK测量准备

　　(1) 测区内欲用作参考站的控制点应首先进行图上设计，分析RTK链的覆盖范围。如果某处距控制点过远，应加测高等级控制点，再进行RTK测量。尽量缩减由于基站与移动站距离引起的误差。

　　(2) RTK测量时应视测量目的、要求精度、卫星状况、接收机类型、测区已有控制点情况及作业效率等因素综合考虑，按照优化设计原则进行作业。

　　(3) 为了检验当前站RTK作业的正确性，必须检查一点以上的已知控制点，或已知任意地物点、地形点，当检核在设计限差要求范围内时，方可开始RTK测量。

　　3.3.3 控制加密

　　RTK技术可用于四等以下控制测量。利用测区已有的三个控制点作为RTK布设矿区控制点的起算数据，使用RTK直接布设矿区控制点作为以后仪器校核以及全站仪、经纬仪等测量仪器使用的已知点。图根控制点采用混凝土桩，并且在混凝土桩中间钉测钉。在矿区布置八个控制点，要求相临的两个点通视。

　　3.3.4 测量精度

　　从RTK硬件设备特性和观测精度、可靠性及可利用性综合考虑，RTK的测量技术要求如下：

　　(1) 15°以上卫星个数大于5。

　　(2) PDOP值小于6。

　　(3) 点位中误差不大于5cm，边长相对中误差小于等于1/20000。

　　(4) GPS接收机要求固定误差a小于等于10mm，比例误差系数小于等于5。

　　(5) RTK平面收敛阈值不大于2cm，垂直收敛阈值不大于3cm。

　　3.4 外业数据采集

　　3.4.1基准站的布设

　　GPS卫星处在两万多公里的高空，从卫星发出信号到接收机接收，中间要经过电离层、对流层以及来自多方面的干扰，其信号一般十分微弱，通常只有-50～-180dB，所以基准站布设要注意以下两点：

　　(1) 基准站的点为应便于安置接受设备和操作，视野开阔，考虑到GPS电台的功率和覆盖能力，应尽量架在制高点上，以获得最大数据通讯半径。基准站应远离大功率无限发射源，同时，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。

　　(2) 基准站的架设比较灵活，即可架在已知点上，也可架在未知点上。仪器架设要严格对中、整平。电台的发射功率有一定的辐射半径，当流动站辐射半径小时，可使用正常功率，当流动站远离基准站时，应将电台功率调制到高功率，升高天线，增大辐射半径。

　　3.4.2流动站设置

　　流动站是通过专用手簿工作的。首先通过手簿对流动站进行参数设置，该参数必须与基准站电台相匹配。然后建立工程项目，用已知点进行校正。流动站接收机和电台接通后，接受机在接到GPS卫星信号的同时，也接收到了由数据通讯电台发送来的伪距差分改正数和载波相位测量数据。这个过程在不到一分钟内就能实现，只要接收到5颗以上的卫星和基准站信息，测量人员就能在很短的时间内获得所在位置的三维坐标。

　　3.4.3 碎部点数据采集

　　经过校正后，流动站就可正常工作了。要注意在流动站作业时，接收机天线姿态要尽量保持垂直(流动杆放稳、放直)。一定的斜倾度，将会产生很大的点位偏移误差。如当天线高2m， 倾斜10°时，定位精度可影响3.47cm。

　　⊿S=200*sin10=3.47cm

　　测量人员就可以在所需要测的地形地物点上立杆，获取该点的三维坐标，查看点位精度是否符合要求，并画草图。

　　3.4.4 内业数据处理

　　当天外业采集的数据回到室内及时处理，以免丢失。

　　(1)RTK数据下载。首先在手簿内进行数据格式转换，以便在CASS7.0软件上展点绘图。然后通过数据传输线与电脑相连，应用Microsoft ActiveSync软件实现与手簿连接，下载RTK数据。再通过EXCEL电子表格处理所需要的数据，以便成图需要。

　　(2)绘制地形图。设置比例尺1：1000，用展点命令将上述数据文件名输入，可以利用CASS7.0软件绘制等高线，首先将野外采集的高程点建立数字地面模型(DTM)，采用轻量线在数字地面模型上生成等高线。充分考虑到等高线通过地性线和断裂线时情况的处理，如陡坎、陡崖等，而且可以自动切除通过地物、注记、陡坎的等高线。但是由于本次地形测量陡坎较多，所以首先在建立DTM时考虑陡坎，而且要对建立好的DTM三角网删减过滤掉不合理的以及不需要建立等高线的三角网，再生成等高线进行修改。部分生成不合理的还需要删掉自动生成并手动绘制等高线。然后根据外业所绘草图，人机交互编辑，连接成图。

　　3.4.5 实地检查及精度分析

　　当所有外业和内业完成后，用绘图仪打出样图，然后到测区实地进行检查核实，修改有出入的地方。

　　(1)点位精度检查。用RTK测量出待检查的地物点的三维坐标,再用高精度的直尺根据格网线进行展点，读出图上坐标，然后对照，误差为±0.1mm，精度符合要求。

　　(2)地形、地物检查。对于漏测的地物及时进行补测，将坐标数据存为一个新文件，绘制补测草图，内业处理时把补测的坐标数据展到原地行图上，进行地形图的补修;对于一些特殊地物的连线关系也进行详细的检查，如电线杆、架空管道等，并绘制草图，以备内业处理。根据测图规范要求，图根点对于最近高等级点的平面位置中误差不得超过图上±0.1mm，换算成实地点位误差为15cm。RTK测点的点位中误差为±1.5～±2cm，完全满足精度要求。

　　4.结论

　　通过用RTK测地形图的实例应用，可得出如下结论：

　　4.1 RTK测量中应注意以下几点：

　　(1)观测卫星的图形强度要高。在进行坐标解算时，所采用的卫星数越多，分布越均匀，则PDOP值越大，RTK的精确性和可靠性越高，且初始化的时间也越短。因此，一般情况下，在接收卫星数保持5颗以上，且PDOP<6时，才能进行RTK测量。

　　(2)作业员的责任心要强。作业员的专业水平、经验和责任心对RTK成果的精确性和可靠性有着严重的影响。作业时，接收机的对中、整平、天线高的量取及输入已知点坐标、坐标转换参数及天线高等数据的任何误差，都将影响RTK 测量的全部坐标。因此，要求作业员必须具有强烈的责任心，认真严格地按规程操作。另外，对仪器基座和测杆上的水准器等必须定期严格校正，以避免系统误差的影响。

　　(3)观测成果要注意复核。RTK测量具有显著的实时、快捷等优点，但其初始化(整周模糊值)的置信度通常为95%～99%，且作业中缺乏检核条件，个别点可能会出现粗差。因此，为了保证RTK的实测精度和可靠性，作业中必须注重成果的复核。成果的复核分为作业前复核和作业中复核。作业前复核是指在RTK 作业前，先在已知点上检测，新测坐标与已知坐标较差符合要求后，才能进行RTK测量;作业中复核一般是指在作业中采用不同起算点测定部分重合点，或在同一点上采用两次观测法(失锁或关机)观测。

　　4.2 RTK技术的优点

　　(1)作业效率高。在一般的地形中，高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，且人员需求少，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。

　　(2)定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内(一般为4km)，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。

　　(3)操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。

　　4.3 RTK的不足及其解决办法

　　(1)受卫星状况限制。当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖，容易产生假值。另外，在高山峡谷深处及密集森林区，城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受限制。产生假值问题采用RTK测量成果的质量控制方法可以发现。作业时间受限制可由选择作业时间来解决。

　　(2)天空环境影响。白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，常接受不到5颗卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。

　　(3)数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小的问题。RTK数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。在地形起伏高差较大的山区和城镇密楼区数据链传输信号受到限制。另外，当RTK作业半径超过一定距离(一般为几公里，每种机型在不同的环境又各不相同)时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小很多，工程实践和专门研究都证明了这一点。解决这类问题的有效办法是把基准站布设在测区中央的最高点上。

　　参考文献

　　[1]全球定位系统(GPS)测量规范[S].北京：测绘出版社,1992.

　　[2]李青岳;陈永奇.工程测量学,测绘出版社,1995.

　　[3]李世林;宁英华，大比例尺地形图绘制,测绘出版社,第一版.

　　[4]刘大杰;施一民等.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理.同济大学出版社，1996.

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