GPS测量技术在矿区地形测绘中的应用

张水来 杨怀印

摘要：文章简要介绍了GPS实时动态差分技术（RTK）的基本原理，重点分析了在地形测绘中使用RTK进行碎部测量的方法以及RTK在进行数字化地形测绘中的优点。

关键词：RTK技术；数据采集；地形测绘；数字化测图

中图分类号： P217 文献标识码： A

引言

RTK技术具有精度高、速度快、费用省、操作简便、误差不积累、作业效率高等特点，其在测量中的应用受到了测量人员的重视和青睐，已广泛应用于地形测量、地籍测量、房地产测量、工程测量、地质测量等领域。本文以某钼矿普查区地形测量为例，以南方灵锐-S86GPS测量系统为仪器样本，介绍了RTK定位基本原理、RTK测量方法，分析总结了RTK在地形测绘方面的优点。

一、GPS技术概述

（一）、GPS的由来

GPS又被称之为全球卫星定位系统，它是由美国陆、海、空三军联合在上世纪70年研制开发的一款空间卫星导航定位系统。在当时，研制该系统的最终目的是为了给美国军方提供全天候、全球性、实时性的导航服务，并收集各种情报和作为应急通讯之用。随着GPS的不断发展和完善，其现已被广泛应用于诸多领域当中，尤其是在工程测量领域中获得了大范围的推广使用。

（二）、基本原理

RTK（Real Time Kinematic）技术是以载波相位观测为根据的实时动态差分GPS测量技术，其原理是：在基准站上安置一台GPS接收机为参考站，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将观测数据通过无线电传输设备，实时的发送给在各个监测点上移动观测的GPS接收机，移动GPS接收机在接收GPS信号的同时，通过无线电接收设备接收基准站传输的观测数据，再根据差分定位原理，实时解算出监测点三维坐标及精度（即基准站与流动站坐标差ΔX、ΔY、ΔH，加上基准坐标得到的每個点的WGS—84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H）。

二、GPS应用于地形测绘中的技术优势分析

（一）、定位精度高

通过大量的试验和工程实践应用结果表明，采用载波相

位观测来进行静态相对定位，在小于50km的基准线上，测量的相对精度能够达到1×10-6~2×10-6；在100~500km的基准线上测量精度也能够达到10-6~10-7。尤其是近几年来观测技术和数据处理技术的不断发展和完善，使得1000km以上的相对定位精度能够达到或是超过10-8。此外，GPSRTK的定位精度也能够达到厘米和分米级，可以满足绝大多数工程测量的需求，其测量精度如表1所示。

表1GPS实时定位、测时与测速精度

（二）、测站之间无需通视

一些常规的测量方法都需要保持良好的通视条件，并且还要保障测量控制网具有良好的图形结构。但采用GPS技术

进行测量却只需要观测站上方15°角的空间开阔即可，这是因为测站与卫星之间的信号收发是基本垂直的，所以测站与测站之间并不需要进行通视，这样一来便无需建造觇标，有利于减少测量工作的费用。此外，由于GPS不受通视和图形结构条件限制，使选点工作变得更加灵活，基本能够按照实际工作的需要确定合适的点位，从而省去了传统测量方法中的过渡点等测量工作。但是需要补充说明一下，在有些测量作业中，GPS常常会与其它常规测量方法联合使用，在这一前提下，GPS设点时应当至少确保一个方向的通视条件良好。

（三）、观测时间短

通常情况下，采用GPS的静态相对定位观测200km以内的基线所需要的时间为单频接收机1h左右、双频接收机15~20min左右；若是采用GPSRTK实时动态定位的话，流动站初始的观测时间约为1~5min，并且能够随时进行定位，每站的观测时间一般只需要几秒钟左右。此外，通过GPS技术建立控制网还能进一步缩短观测时间，从而有效地提高观测作业效果。

（四）、全球全天候作业

分布在太空中的GPS卫星比较多，并且所有卫星呈均匀分布，这在一定程度确保了全球地面都能够被连续覆盖，换言之，无论在地球上的任何地点和任何时间都能开展观测工作，这为测量作业提供了方便。同时，GPS在进行地形测量时主要是借助外太空的卫星来获取相应的数据信息，这样便可以确保24h不间断地进行监测，一般除了雷雨天气不易采用GPS进行观测之外，在其余天气里GPS都可以进行测量，而常规测量技术却经常会受到室外天气状况的影响。

三、作业过程

（一）、作业流程

在运用RTK技术进行地形测绘时，可以省去图根控制测量这一环节，其作业流程可划分为以下五个阶段：第一阶段收集资料；第二阶段首级控制测量；第三阶段外业数据采集；第四阶段内业数据处理；第五阶段成果整理输出。

（二）、碎部测量

1、野外数据采集

测区地形图测量采用国产南方灵锐S86双频GPS接收机及配套测图软件-工程之星。启动GPS仪器设置为移动站模式，连接POSIN手簿，运行工程之星测图软件，加入E级GPS控制网中求得的坐标转换参数（七参数结果），并利用E级GPS控制点进行坐标校正和数据检测。运用GPS—RTK实时动态差分定位法在固定解状态下采集（其RTK平面精度：10mm＋1PPm，RTK高程精度：20mm＋1PPm）测区内地形、地貌的三维数据。测量过程中对河流、堤坝、电力线、植被及沟谷地性线分类测量，测量人员以测点的点位进行连线，按点号顺序勾绘出草图。

采用RTK技术进行测图时，仅需一人操作仪器，在要测的碎部点上呆1-2秒钟并同时输入特征编码，记录于POSIN手簿，回到室内由CASS7.0成图软件输出所要求的地形图。

2、数据输出

RTK-POSIN手簿可以直接把野外采集的碎部点数据导出为“．dat”格式文件，可把该数据文件保存于当天工作数据目录下。

如配合使用全站仪，也可将全站仪通过数据传输线将野外采集的坐标数据传输到计算机，对于传输到计算机的数据，其扩展名为“．dat”，格式如下：

1点点名（或点号），1点编码，1点Y（东）坐标，1点X（北）坐标，1点高程（H）

⋯⋯

N点点名（或点号），N点编码，N点Y（东）坐标，N点X（北）坐标，N点高程（H）

坐标数据文件内每一行代表一个点；每个点Y，X，H的单位均为“m”；编码为测图代码，可以为空，其后的逗号不能省略；所有的逗号不能在全角方式下输入。

对数据里不要高程的碎部点，把高程数据值删除。

（三）、地形图编辑

室内将POSIN手簿、全站仪内存中的数据文件传输入微机中，在CASS7.0成图软件中对坐标数据加以处理后配合外业勾绘出的草图，进行展点连线、类别区分、属性赋于、性质注记等编辑。测区地形根据数据文件建立DTM模型、图面DTM完善、绘制等高线，根据测区地形复杂情况及类别等高距采用2米。等高线修剪、注记，图面修饰等编辑成图，成图比例尺为1:2000。采用50cm×50cm正方形分幅。用HP5000彩色喷墨绘图仪喷绘成图。

（四）、成果整理及输出

成果资料包括作业过程中直接形成的文字、图、表等，将全部成果资料进行汇总、整理并装订成册，做到所有成果资料齐全、完整，字迹清楚，纸张良好，最后进行检查验收。

（五）、质量评述

1/2000地形图测量过程中对测区内邻近控制点检测误差小于5cm，不同基准站对地物特征点重复检测小于10cm。地形图测量满足《地质矿产勘查测量规范》中规定的地物点对附近图根点的平面位置中误差在平地、丘陵地不大于图上0.6mm；等高线平面位移不大于图上0.6mm。地形图符号及注记满足《1∶5001∶10001∶2000地形图图式》要求。

结束语

综上所述，GPS—RTK在地形测绘中，不仅能减少作业人员，减少工序，而且可以提高数据采集的质量和速度，大大提高了作业效率，节约了成本，起到了事半功倍的效果。

参考文献

[1]谢刚生，范铀，倪晓东等.数字化地形地籍成图系统CASS7．0参考手册[M]．广州：南方测绘仪器有限公司，2006.

[2]王婷.RTK定位技术在地形测图和工程控制测量中的应用[A].江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C].2011（11）.