GPS—RTK联合全站仪数字化测图技术研究——以内蒙古赤峰市为例

张爱民 方民 薛永军

1、内蒙古自治区测绘院；2、内蒙古自治区测绘事业局

GPS—RTK联合全站仪数字化测图技术研究
——以内蒙古赤峰市为例

张爱民1方民2薛永军1

1、内蒙古自治区测绘院；2、内蒙古自治区测绘事业局

介绍了GPS—RTK联合全站仪的工作原理与方法，以内蒙古赤峰市为例，依据GPS—RTK、全站仪等仪器设备，结合已有的控制资料和地形图资料，选用差分后处理测量模式在内蒙古赤峰市市区实施了1：500数字测图，将测图成果与现有地形图数据进行了比较，系统分析了数据偏差原因。本文的研究表明，本文所选用的仪器设备和作业模式获取的测图成果，能够满足1:500数字测图需要。GPS应用于数字测图是完全可行的，利用GPS不仅可以获取所需精度的定位结果，还可以利用接收机内置电脑输入并存储对象的属性信息，直接满足GIS建库需要。若需要更优的测图成果，可以选用更高精度的测量型GPS接收机以及能够提供更高精度的作业模式。

GPS—RTK；联合全站仪测图；精度分析

GPS技术的迅速发展使得GPS 技术不仅在大地测量、工程测量、航空摄影测量、城市测量等测绘领域得到了应用，而且在军事、交通、资源、通信、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。科学技术的进步推动了计算机技术与信息技术的发展，使得传统的测绘技术和方法得到进一步完善，推动了GPS定位技术与数字测图的结合发展。基于GPS的野外数字测图，测定的图根点、碎部点的坐标和高程较为准确。与传统的测图方法相比，优势在于工作效率比较高、工作人员减少了、数据精度较高，而且在测量过程中不受通视条件限制。目前，传统的地形测量已经逐步淡出市场，取而代之的是数字测图，数字测图不仅作为获取空间属性数据的技术方法之一，而且已经成为地理信息产业的重要组成部分。 本文选取内蒙古自治区赤峰市测区作为研究区，进行基于GPS的GIS数字测图研究。

1 GPS—RTK的工作原理

1.1 GPS—RTK的工作原理

GPS—RTK的工作原理是在两台接收机间加上一套无线电通信系统，将相对独立的接收机连成一个有机的整体；基准站把接收到的伪距、载波相位观测值和基准站的一些信息（如基准站的坐标和天线高等）都通过通信系统传送到流动站；流动站在接收卫星信号的同时，也接收基准站传送来的数据并进行处理：将基准站的载波信号与自身接收到的载波信号进行差分处理，即可实时求解出两站间的基线向量，同时输入相应的坐标，转换参数和投影参数，即可求得实用的未知点坐标。

在GPS—RTK的动态定位中，要实时确定流动接收机所在的位置的坐标，其计算程序如下：

1）流动站好首先进行初始化：静态观测若干历元，快速确定整周未知数，这一过程即为初始化过程；

2）流动站将接收机的载波相位观测值和基准站的载波相位观测值进行差分处理，类似静态观测的数据处理，即将求出的整周未知数代入双差模型，实时求解出基线向量；

4）利用当地坐标系与WGS-84地心坐标系的转换参数（七参数），就可得到当地坐标系的空间直角坐标：

当然，也可以将流动站的WGS-84地心坐标转换为实用的二维平面直角坐标。

一般转换参数未知，则可利用公共点的两套坐标代入上式，反求出转换参数，再用上式求出非重合点的坐标。

1.2 GPS—RTK测量的基本工作方法

1）在基准站安置GPS接收机，进行基准站设置；

2）进行流动站设置；

3）在至少3个公共点，求GPS坐标与使用坐标系间的转换参数（有的称为点校正）；

4）实测流动点坐标，将其与检测点的已经坐标进行对比，之差应在允许范围内；

5）流动接收机继续进行未知点的测量工作。

2 GPS—RTK联合全站仪测图

2.1 联合测图的工作原理

碎部点测量应充分利用图内的GPS网点、图根点，因地形条件、通视等情况影响，利用图根点设置测站，其密度仍不能满足测图要求时，可按需要增补少量的测站点（支站）。各种地形、地物要素的测定，以GPS —RTK和全站仪实测的方法进行，当采用全站仪测量时，碎部点坐标测量可采用极坐标法、高程采用三角高程测量，配以量距法和交会法等。

在进行作业时，可利用原1:1000地形图的喷绘图作为工作草图。但原有的1:1000地形图数据绝对禁止利用。设站时，仪器对中误差不应大于0.5mm，照准一已知点作为起始方向，观测另一已知点作为检核，检核点平面位置误差不应大于图上0.2mm。检查另一测站高程，其较差不应大于0.2m，仪器高、觇标高应量至毫米。高程注记点的密度为每格10～25个，高程注记至0.01米。采集数据时，在全站仪上可直接储存坐标。测距长度和高程注记点间距见表1。 地貌变化较大的地区应适当加密。数据采集所生成的数据文件每天应及时下载存盘，并做备份。

表1 野外数据采集技术要求

2.2 地形图绘制

采用南方CASS 2008测量绘图软件进行编辑处理，该软件为AUTOCAD 平台。每个元素定义相应的层、颜色值，线型库、符号库使用统一规定的格式，作业员不得随意进行变更，输出与图形一致的（DWG格式）图形数据。具体技术要求如下：

1）图形文件名应与图号一致。每一幅图为一个图形文件，其扩展名为.dwg。

2）数字地形图分层按软件要求执行。

3）注记位置按《图式》要求执行，注记字体大小按软件自动生成为准，不做改动。

4）图内公里网绘制十字线，十字线大小为10mm×10mm。

5）等高线遇各种注记、独立符号时应断开0.3mm；遇双线道路、双线河渠、冲沟、路堤、路堑、围墙符号时绘至符号边线。

6）各类符号按《图式》要求配置，符号间关系要合理，不得互相压盖，各符号间距离不得小于0.3mm。

7）图廓应采用理论值进行生成。图外整饰按《图式》要求执行，但字体大小按软件自动生成为准，不做改动。

8）地形图表示内容要合理。

3 GPS—RTK联合全站仪测图实例

3.1 研究区概况

赤峰市位于内蒙古自治区东南部，地理坐标北纬41°17′10″～45°24′15″，东经116°21′07″～120°58′52″。东、东南与通辽市和辽宁省朝阳市毗邻，西南与河北承德接壤，西和北部与锡林郭勒盟相连。本次作业坐标系统采用1985国家高程基准和赤峰市独立坐标系，该测区中央子午线为117度，带号39，采用数字化实测的方法构筑1:500比例尺地形图。行政隶属于赤峰市松山区、红山区。该测区属平地、丘陵地段，属中温带半干旱大陆性内陆季风气候，昼夜温差大，最大冻土层深度为1.8米。年平均气温6～7℃,年平均降水量340～420毫米，多集中在7～9月份，无霜期145天，平均海拔约600米。

3.2 测量成果分析

由于赤峰市测区面积较大，本次测量成果分析选取一个研究区域进行分析。外业数据利用GPS— RTK 和全站仪进行采集，内业主要是通过计算机及相应南方CASS绘图软件系统对采集来的原始数据进行数据的预处理，形成最终的成果图。通过相关的平差软件检验本次测量数据的合理性，并将1:500的测图成果与现有1:1000地形图数据进行了比较分析。

研究区域的图根点数据及其成果图见图1。通过数据平差软件对地物点平面和高程误差进行检测，成果图完全可以满足测图精度要求。

图1 研究区成果图

4 结论与建议

本文探讨了GPS应用于数字测图的原理和方法，对基于GPS技术的数字测图方法进行了系统的分析和总结，并阐述了GPS作业模式的选取、数据采集、数据处理等关键问题。GPS—RTK的技术的出现，使得地形图测量的传统做法“先控制，再测图”改变为“一步法”自动化数字成图，减少了手工操作程序，提高了工作效率。本文使用GPS—RTK、全站仪等仪器和南方CASS测图软件，结合已有的控制资料和地形图资料，选用差分后处理测量模式在内蒙古赤峰市市区实施了1：500数字测图，将测图成果与现有地形图数据进行了比较，并且分析了数据偏差原因。通过研究得到以下结论和建议。

4.1 结论

（1）利用GPS-RTK 联合全站仪数字化地图容易掌握、科技含量高、功能强大、可以实现测绘一体化，大大减轻了测绘工作人员的工作强度，减少了成本费用，提高了作业效率和测绘精度。

（2）利用GPS-RTK 作业不需要作图根点控制，主要架设好基准站，进行点校正后就可以施测。GPS-RTK 一般只需要1～2个作业人员，而且测图采集数据点仅需3秒左右，这就使得工作效率大大提高。

（3）CASS测图系统的出现使得测图工作人员淘汰了传统的图板，利用CASS绘图软件也可以直接准确地读取全站仪测量出的坐标、方位和高程，取代了传统从图上量取数据的方法。

（4）CASS测图系统在外业采集数据时，利用全站仪自动测量角度、测量距离，自动测算出三维坐标并且自动存储于仪器中，为内业处理保证了测量的精度，消除了原来由于人为操作产生的误差，而且外业工作省略了读数、计算、展点、绘图等工序，同时也减少了作业人员，缩短了外业工作时间，大大提高了工作效率，降低了生产成本大。能够测量到的点尽量实测，尽量避免用皮尺量取。因为用全站仪所测量的速度远高于皮尺量取所的速度，而且精度也会高些。

4.2 建议

（1）GPS-RTK 的基准站不仅应该架设在地势较高、视野开阔的地方，而且还要避免电磁干扰源，为了满足测图精度的要求流动站距基准站控制最好在6千米之内。

（2）测量成果的可靠性作业中调用转换参数时，要先进行已知点的检核防止假值，粗差情况的发生，校差符合要求后方可开测，确保测量成果正确。

（3）测量等高线时，为了满足计算机建模的需要，除了测量特征线之外，还应该尽量多测一些加密的点。野外测定地貌时可以采取网格法和三角网法。为了详尽准确地反映出实际地貌，在实地测量时应该将山脊山谷的相对位置用草图标绘清楚，并用测量的专业点号标志。

（4）建立三角网时，若只考虑几何条件，在某些区域可能会出现与实际地形不相符的情况，如在山脊线处可能会出现三角形穿入地下，在山谷线处可能会出现三角形悬空。为此，在构网时引入地性线，并给地性线上的数据点编码，优先连接地性线上的边，然后在此基础上构网。

（5）由于数字测图的内业处理工作是在计算机上完成的，所以如何加强检核工作是承包单位所必须解决的问题，特别是在测区远离内业地点时，必须要有设计一定的补救措施。

[1]苏文通. CASS 6.0在地形测量中的应用[J].城市勘测.2008:107-111

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[3]张守信.GPS卫星测量定位理论与应用.国防科技大学出版社.1996

[4]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].科学技术出版社.2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.048