GPS RTK技术在数字测图中的应用

贾安峰

【摘 要】本文主要介绍了利用GPS 动态RTK技术在大比例尺数字化测图中的应用。通过实际作业过程，证明利用该技术能完成大比例尺数字化测图工程，满足测量规范要求，而且较传统断面测量方法减少了野外作业时间，节省了人力，可提高工作效率。

【关键词】GPS RTK；数字化测图；转换参数

0 引言

随着GPS（Global Positioning System，GPS）定位技术的不断发展，其应用领域不断扩大，特别是RTK（Real Time Kinematic）实时定位技术的发展，因其操作快捷、直观、定位精度高、实时性强、自动化程度高、点位误差不累积等优点，被广泛应用于控制测量、施工放样、变形监测、地形（地籍）测图等诸多领域中。本文就动态RTK定位技术直接用于大比例尺数字化测图的碎部测量应用做一简单的介绍。利用动态RTK定位技术测定每一碎部点的三维坐标的优越性，可省却图根加密甚至图根控制直接进行碎部测量。其作业不受天气、地形、通视条件的限制，常规仪器数字测图一般需要3-4人，而利用动态RTK技术测图只需1-2人。因此这种方法可推广使用。

1 GPS RTK工作原理

GPS是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统，其利用三颗以上卫星的已知空间位置可交会出地面未知点的位置。GPS RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术。它需要一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机，以及用于数据传输的电台。在RTK作业模式下，基准站（也称参考站，其坐标精确已知）接收机借助电台（通常称为数据链）将其观测值及坐标信息，发送给流动站接收机；流动站接收机将自己采集的GPS观测数据和接收来自基准站的数据，组成差分观测值进行实时处理，求得其三维坐标（X、Y、Z）。

RTK 技术的优点：（1）测量效率高。一般情况下，RTK一次设站即可完成5km半径的测区，可直接进行地形图碎部测量，移动站一人操作即可测图，减少了作业人员的数量，加快了作业速度、提高了工作效率；（2）测量精度高。在一定的测区范围内，RTK的测量误差不会积累，平面精度和高程精度都能达到cm级；（3）全天候作业。和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制小，在地形条件复杂和通视环境不好的测区，只要能满足RTK的基本工作条件，就能进行快速高精度定位，使测量工作更快更好的完成；（4）RTK测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强。

对于一定区域内的工程测量，我们往往利用以往的控制点成果求取“区域性”的转换参数，理论上削弱了变形影响，提高了转换的可靠性。基准站的WGS84坐标的获得方法有二种：一是，使用已有的静态数据，直接将控制点的WGS84坐标和地方坐标输入手簿直接求取；二是，使用上点采集的方式获取，此种方法是在无WGS84成果的情况下使用，具体做法如下：基准站的WGS84坐标直接从手簿中读取，然后将流动站安置于控制点上采集WGS84坐标，每次测量前总要先对测区进行点校正（WGS84地心坐标与独立坐标间的转换）。即测前应在测区边沿选择三个或更多分布均匀的控制点进行点校正，求解坐标转换参数。测量时应以其它已知控制点作为检核，当检核精度满足拟测量等级时，方可开始正常作业。

2 实例应用

2.1 测区概况

本次工程为郑州市需修建某道路而进行设计测量工程，位于郑州市东南方向，地处黄河南岸，嵩山山脉与黄河阶地的交汇地带，为黄河二级阶地。工程区域内多为耕地，有少量房屋，地形较为平坦，自西南向东北倾斜，地面自然坡度小于1.0%。道路全长3.5公里，红线宽度60米，按工程要求需测量1：500带状数字化地形图。

2.2 测前准备工作

搜集测区附近已知测量成果，必要时进行测区踏勘，准备规划资料，检查规划数据是否齐全正确，准备及检查所需测量仪器，做好测量计划。

2.3 市政工程测图的要求

市政工程对测图提出了一些要求：（1）各类建筑物、构筑物及其主要附属设施均进行了测绘，房屋外廓以墙角为准。建筑物、构筑物轮廓凸凹在图上小于0.1mm时，用直线连接。独立地物能按比例尺表示的实测外廓，填绘符号；不能按比例尺表示的，准确表示了其定位点或定位线；（2）各线状地物，如管道、高低压线、铁丝网等实测其架墩或电杆的位置。公路及其附属物按其实际形状测绘，特别是路边的广告牌、标牌、路标、彩门、路灯等市政设施均按要求表示。路中隔离带不论铁栏、水泥栏均用栏杆符号表示。公路里程碑实测其点位，并注明里程数；公路在图上每约0.04m及地形起伏变换处、桥涵等构筑物处均测注高程点；（3）水系及其附属物按实际形状测绘，河流测出河底高程并标明了水流方向；（4）植被的测绘按其经济价值和面积大小适当进行了取舍。路边的行树、花坛详细进行表示，行树的起止位置进行实测。

2.4 施测过程

为满足市政工程测量的要求，先对测区进行四等水准控制，沿测区布设一条四等水准线路。注意埋石或留点尽量不要选在大树下、高楼旁等影响GPS信号的地方。

本次作业采用TOPCON Hiper 2台1+2配置，在测区附近的开阔处或房顶架设基准站，连接好电台，新建一个作业090319，选择好各项设置及电台频道，然后进行自动定位，这样就完成了基准站的设置。检查流动站电台信号，若其为固定解即可进行点校正，平面控制点最少要校正三个，满足测量精度即可，高程可根据布设的四等水准点尽量多校正。如果能确定控制点都正确，也可边测图边校正。测图时可以采用点号配合草图法成图或采用编码法成图，本次作业采用编码配合草图法成图，对独立地物和简单的线状地物施行编码法，对复杂的地物地形画草图。如果遇到GPS信号不好处，可直接做好图根控制点再用全站仪进行测量。

2.5 施测过程中应注意的问题。

首先，在采用GPS架设基准站时，基准站架设应选在视野开阔处，例如远离高大树木、水面、高层建筑物下，避免产生多路径效应，影响测量质量；其次，基准站与流动站电台频率要保持一致，同时还应注意避开测区附近其他仪器的频率；最后，参与转换的水准高程点应尽量多且均匀分布在测区内。

2.6 内业处理

利用数字化成图系统软件对外业采集的数据处理，本次作业采用南方数码科技公司研发的CASS7.0 软件，首先对其进行用户化优化，在这里着重介绍一下编码的用户化。只要野外操作码的定义能满足软件的编码规则外，就要遵循简练，便于操作和记忆的原则。本次作业因只有独立地位和简单的线形地位运用编码成图，这样就用不了太多的编码，利用A-Z和0-9单个字母或数字就能把常用的地形地物描述完全。编码只输入单个字母或数字，这样就加快了输入速度，提高了作业效率。因个人习惯不同这里不再一一列举常用地物编码。

首先把GPS的所测数据导出，然后进行坐标数据格式的转换，然后就展点号和高程点同时选择成图比例尺，利用编码使独立地物直接成图，对复杂的地物根据草图进行连接编辑成图。最后加注方格网和根据需要进行分幅，根据测图的用处进行其他的编辑注记等处理。

2.7 精度分析

在平面控制中，GPS精度能够满足其要求，目前已被广泛的采用，这里不在讨论，只对其高程进行简单的说明。本次校正求参作业不但使用了测区外的4个控制点的平面和高程，而且还使用了四等水准线上的部分高程点。为了检核GPS RTK所测高程精度，对测区内没有参与高程拟合的四等水准点进行采集，并与其进行比较，

在表1中，HD表示水准高程，GD表示RTK实测的高程。从表1可看出，二者互差很小，最大绝对值为0.022m，最小绝对值为0.004m，经统计，其中误差为0.017m，从以上结果可以看出GPS RTK所测高程的精度能满足测图需要。因本次作业为了检查RTK所测高程的精度上表中的高程点都没有参加转换，如果这些点也都参与高程转换，应该高程精度还会更好。

3 结论

1）利用RTK测图，不受天气、地形、通视条件的限制，利于按时完成作业任务。

2）利用RTK技术比传统方法节省人力，工作效比传统方法提高2-3倍。

3）受卫星状况及周围环境的限制，在树林或高楼密布区，一般不能应用。

4）利用RTK技术测图精度高，且较为一致。

【参考文献】

[1]周忠谟，等：GPS卫星测量原理与应用[M].测绘出版社，1997.

[2]国家测绘局：CH2001-92全球定位系统（GPS）测量规范[M]测绘出版社，1992.

[3]李征航.GPS卫星定位原理与数据采集[J].武测培训班教材之五，1995，3.

[4]杨德麟，等.大比例尺数字测图的原理方法与应用[M].清华大学出版社，1998.

[责任编辑：杨玉洁]