浅谈GPS-RTK测量技术在地形测量中的应用

时间：2014-09-25 22:31:56 阅读量：0次 所属分类：电子论文

摘要：GPS技术的出现，对测绘界来说无疑是一场技术革命。

　　摘要：GPS技术的出现，对测绘界来说无疑是一场技术革命。特别是GPS-RTK技术在测量中的应用，使测量方法发生了质的变化，与常规经纬仪或全站仪采集设备相比，GPS-RTK技术具有全天候实时动态。测量效率高和厘米级的高平面精度等优点。GPS-RTK(Reat-Time Kinematigs)系统是GPS实时动态差分中最先进，精度最高，应用最广泛的差分系统，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图、各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。本文探讨了GPS-RTK测量技术在地形测量中的应用。

　　关键词: GPS-RTK测量技术;地形测量;应用

　　随着科学技术的不断发展，测绘行业的技术手段也不断更新。从一开始的大平板测图到经纬仪测图，再到全站仪测图，测量手段越来越先进，测量精度和效率越来越高。GPS技术的出现，对测绘界来说无疑是一场技术革命。特别是GPS-RTK技术在测量中的应用，使测量方法发生了质的变化，与常规经纬仪或全站仪采集设备相比，GPS- RTK技术具有全天候实时动态。测量效率高和厘米级的高平面精度等优点。RTK测量要求得到实时坐标和正常高，因此建立平面转换关系尤为重要。此外由于大地水准面的差异，高程异常不同，因此联测一定数量的水准点是拟合测量区域似大地水准面的关键，是获得可靠高程值的保证，一般要联测三个以上水准点，且分布均匀。取得优良的地方坐标及正常高转换关系是进行地形图测量的重要环节，实现这个环节的重要一环是GPS平面及高程控制测量。只要高程模型选择得当，高程拟合水准点有足够的数量(一般要三个以上)且分布均匀，RTK在较小测区范围内完全能满足控制测量和大比例尺测图所要求的精度。

　　一、RTK工作原理

　　RTK实时动态测量技术是由基准站接收机、 数据链、 流动站接收机三部分组成，基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给移动的流动站，流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站三维坐标差△X、△Y、△H。 坐标差加上基准站坐标得到每个点的WGS-84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标和高程，精度可达厘米级，其是以载波相位观测为依据的实时差分GPS(RTK GPS)技术，成为测量技术发展史上的一个里程碑。RTK技术的关键是进行初始化，进行起始的整周模糊度求解，因而需要具备足够数量的卫星、 较好的几何分布以及基准站与流动站之间的数据通讯良好等条件。RTK测量主要是通过预设精度指标来限制实测精度满足需要，采集所需的数据并记录到手簿，最后通过后处理软件等进行平差处理来获取所需的三维坐标。

　　二、RTK地形测量

　　1、测前准备

　　在取得了可靠的平面及高程成果后，在流动站仪器中建立可靠的平面及高程转换关系。通常采用内业和外业点校正求得转换关系。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。RTK校核其他已测量水准高程的控制点，平面误差和高程误差均小于1cm 由此可见整个测区的拟合成果是可靠的。

　　2、数据采集

　　建立控制网后即可根据获取的控制点数据成果进行地形测量，通过流动站在测点上的移动来完成数据的采集。由于基准站外置电台信号覆盖范围一般可达10km，符合RTK测量原理的可靠性要求，只要移动站在基准站辐射范围内都可以快速获取稳定的固定解，测量精度都可达厘米级，能满足测量精度要求。为保证RTK测量成果，测量前校正好移动站，确保三维测量精度均达到厘米级，在误差范围内即可进行图根控制点的加密和碎部测量。进行RTK图根控制测量，注意确保其输入转换参数的正确性;点位布设要均匀，保证几何强度，避免误差积累。然后就可以根据地形特点，流动站一人拿着RTK测量仪器，根据测区现场的地形地貌边走边测边绘草图，并把所有数据全部存储在电子手簿，避免了以往报、 听、 记录数据中可能出现的差错，保证了数据采集的正确性。RTK技术碎部测量无需通视等，利用效率比全站仪要高2～5倍，同时在空旷的区域信号强、精度高、耗时短、受地形地物影响产生失锁现象少，地形地物密集的情况下可通过升高天线的方式来提高信号接收强度，测量所需人员少，因而大大提高了作业效率，降低了作业成本。

　　3、数据处理和内业成图

　　RTK测量的数据格式为*.RTK，还不能直接为CASS软件所识别，我们可以通过转换，使之成为CASS软件所能识别的*.dat格式。 转换后就可以方便地编辑和处理，之后，适当删除误差大或错误的碎部测量点并导入数据到CASS软件，进行漏(错)测检查，当天测量成果当天检查，这样就有利于及时对其进行补测纠正，减少测量返工风险，确保内业的成果质量，从而实现实时成图，方便快捷，真正实现RTK测量内外业一体化。

　　三、应用举例

　　我们参与了某水利工程项目的测量，该测区面积约1500km2，山体连绵，地形地物众多，同时还有悬崖峭壁，测量任务非常繁重。 若完全采用全站仪来完成，远无法达到6个月的工期要求。采用RTK进行测量作业，可以使所测的结果精度均匀、独立，无误差积累，而且具有实时、 轻便灵活、 操作简单和精度高等优点，必要时还可以结合全站仪(或水准仪)的方法来完成其它高精度标准的测量，是其它测量方法无法比拟的。 为此，我们采用了RTK技术为主，全站仪(或水准仪)结合的方式进而加以实施，确保了任务的顺利完成。根据上面介绍的技术要点，首先结合测区的地理位置进行度带选择和坐标换算，利用RTK技术在已有的1个B级和4个C级控制点基础上建立由12个控制点组成的控制网。然后在WGS-84坐标系下对全网进行无约束平差，精度满足：点位平均误差mx=±1.1mm，my=±1.3mm，mH=±3.0mm，平面点位误差均小于2mm，高程最大误差小于5mm，最弱边相对误差1/56.2万，结果表明该控制网内部符合精度良好。同时在首级GPS控制点的基础上，采用动态RTK进行图根控制的方式直接测量图根点的三维坐标(X，Y，H) 。为保证精度，作业半径≤5km，对每个图根点均进行同一或不同参考站下的3次独立测量，其点位校差跟图上的差值≤0.1mm，高程校差≤1/10基本等高距。 考虑到地物密集区域接收机信号易发生失锁现象，在这种情况下，可在最近开阔地带选择3个以上通视点作为图根控制点并测量出其坐标，并利用全站仪进行边长和角度的校核。通过对测区范围内2562个图根控制点的校核表明：基线长度≥100m时，边长误差≤1/4300，方位角差值≤46″，高程差值≤0.18m，满足了本次测量1∶1000测图的要求。

　　GPS-RTK(Reat-Time Kinematigs)系统是GPS实时动态差分中最先进，精度最高，应用最广泛的差分系，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图、各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。GPS-RTK测量技术的应用提高了测量工作的质量，大大地提高了工作效率，给各应用领域带来了巨大的效益。但它的个别成果的不可靠同样会给我们带来许多不便。要减少错误的概率发生，需要我们在工作中养成良好的作业习惯和严谨的工作作风，严格按操作规范作业，同时要善于发现问题和总结问题，结合实践及时解决问题，以便使GPS- RTK技术更好地服务于工作实际。

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