关于gpsrtk技术在地形测量中步骤和应用

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关于GPSRTK技术在地形测量中步骤和应用【摘要】通过对GPSRTK原理分析以及RTK技术在控制测量、数字测图等工程中的基本应用，对动态GPS的特性和使用方法做了阐述，指出了动态GPS在测量中的重要作用；并对测量精度进行了一定的分析，得出一些有益的结论和体会。【关键词】RTK技术流动站基准站中图分类号：［TU198+1］文献标识码：A1前言GPS(GlobalPositionSystem)即为全球定位系统的简称，它是一套利用美国GPS卫星导航系统进行全天候、全方位的测量定位设备。根据GPS提供的坐标或坐标演变量精度和方式的不同可以分为毫米级，厘米级，静态，动态后处理，RTK(RealTimeKinematic实时动态)，RTD(RealTimeDiffernce实时差分)等几种设备分类和测量方式，其中RTK是一种定位精度比DGPS高100倍的载波相位差分GPS技术。RTK(RealTimeKinematic)技术又称载波相位动态实时差分技术，其实时动态定位技术效率高，可以在作业现场提供经过检验的测量成果，能够在满足精度的前提下，摆脱后处理的负担和外业返工的困扰。目前，该技术已广泛应用于地形测量、航空摄影测量、地籍测量、房产测量、勘界与拨地测量、工程测量等各个领域。本文主要通过一些实例体会来探讨RTK技术在工程中的应用。 2基本方法RTK定位通常由1台基准站接收机和1台或多台流动站接收机以及用于数据传输的电台组成，在RTK作业模式下将一些必要的数据输入GPS控制手簿，如基准站的坐标、高程、坐标系转换参数、水准面拟合参数等；流动站接收机在若干个待测点上设置。基准站与流动站保持同时跟踪至少4颗以上的卫星，基准站不断地对可见卫星进行观测，将接收到的卫星信号通过电台发送给流动站接收机，流动站接收机将采集到的GPS观测数据和基准站发送来的信号传输到控制手簿，组成差分观测值，进行实时差分及平差处理，实时得出本站的坐标和高程。基准站一般架设在已知点(平面坐标或高程已知)上，点位一般位于测区中间，视野开阔，周围无高大的树木、楼房等建筑物影响，远离强电磁波发射源和大面积的水面，如果事先没有确定地心坐标(WGS-84)与当地坐标系的转换参数，也可以将基准站架设在符合上述条件的未知点上。流动站依次设置在待测点上观测。基准站和流动站同时接收卫星信号。基准站通过连接的电台将测站坐标、伪距观测值、载波相位观测值、卫星跟踪状态和接收机工作状态发送给流动站，流动站接收该信息后与卫星信息进行实时差分平差处理，实时得到流动站的三维坐标及其观测精度信息。系统的显著特点是GPS测量技术与数据传输技术组合而成，其数据传输由无线数据链完成，数据链采用UHF频段，具有可靠、稳定和抗干扰能力的优点。 3RTK测量实例3.1RTK在控制测量中的应用RTK控制测量时，首先用已知控制点建立投影的局部归化参数，仪器将直接记录坐标和髙程，查看解算后每个控制点的水平残差和垂直残差。本次测量解算出两坐标系之间的转换参数，水平残差最大为土2.5cm,垂直残差最大为±0.6cmo为了提高待测点的观测精度，将天线设置在对点器上，观测时间大于20秒，采用不同的时间段进行两次观测取平均值；机内精度指标预设为点位中误差土1.5cm,高程中误差土2.0cm；观测中，取平面和高程中误差均小于±1.0cm时进行记录。RTK点两次观测值坐标较差最大值为±2.8cm,最小值为0.3cm。考虑到两次观测采用了同一基准站，观测条件基本相同，可以将其视为同精度双观测值的情况，进而求得观测值中误差和平均值中误差。观测值中误差为土0.9cm,平均值中误差为土0.6cm（土0.9/V2）o这说明RTK技术能满足《城市测量规范》中最弱点的点位中误差（相对于起算点）不大于±5cm的要求。同时，我们采用常规手段对RTK控制点进行了四等水准测量。平差后，每公里高差中误差为土4.2mm,最弱点高程中误差为土6.5mm。在进行RTK平面控制测量的同时，我们也利用RTK技术进行了高程测量。两次RTK高程测量的成果高程较差最大为-4.7cm,最小为Ocm.观测值中误差为土1.4cm,平均值中误差为土1.0cm。 根据实际经验，由RTK测量的高程计算出的相邻高差受相邻点间的长度影响较小，高差精度主要与四等水准测段长度有关。利用高差较差参照不同精度双观测值情况计算出高差较差单位（每公里）中误差为土1・89cnio如果RTK高程测量的中误差采用其预设精度土2.0cm,四等水准高差中误差取±l・Ocni,得髙差较差理论单位中误差为土3.0cm。显然，计算的高差较差单位中误差小于高差较差理论单位中误差，证明RTK高程测量能够满足《城市测量规范》对四等水准网的精度要求。3.2RTK在数字测图中的应用利用RTK快速定位和实时得到坐标结果的特点，可以进行地形的碎部测量来代替常规的数字测图。以1台GPS基准站，另一台或几台移动的GPS接收机分别开始进行碎部点测量。地形点的测量可以在数据采集的功能下进行，也可以根据现场地形的实际情况进行测量设定，在测量管道中心线或道路边线时可以设定按距离进行采集，距离可以人为设定；在匀速运动测量的过程中，可以设定按时间采集，时间间隔也可人为设定。采集完将数据格式转换为"点号，东坐标，北坐标，高程”形式，保存到硬盘，使用Cass软件经过成图处理，生成数字化地形图。地形点的采集可以单人作业，在建筑区内较为开阔的区域进行数据采集，发现RTK的采点速度相当快，由于初始化速度快（小于30s）,并且在线运动过程中不失锁，每个碎部点采集时间不超过2s（含点位代码输人），因此，采点速度几乎等于走路的 速度，可以充分发挥RTK快速高精度定位的优势。也可以在作业中采用RTK测量模式的优势，准确快速地建立图根控制点，在图根控制点上由全站仪配合电子手簿进行碎部点的数据采集。该法不像常规图根导线测量那么烦琐，受地形的限制，也不用支仪器设站，从而减少了因多次设站带来的测量累计误差，提高了全站仪碎部点釆点的点位绝对精度，使地形测量方便快捷，大大提高了地形测量的工作效率。在地形图、地籍图等的测量应用中，均取得了很好的效果。6结论6.1RTK技术操作简便，灵活方便，工作状态稳定。能快速、准确地测定图根点、碎部点的坐标和高程，实时提供精度可达厘米级经检核的三维坐标。与传统的测图方法相比，人员少，费用省，效率高。6.2基准站的选择对于RTK测量非常重要，它将直接影响到流动站的施测精度和测量速度，应注意二者之间的'‘准光学通视”。6.3应根据测区的实际情况选择合适的坐标转换参数求解方法，参与坐标转换的已知点应在3个以上，且分布要均匀，做到在满足精度要求的情况下，尽可能的减少外业的工作强度。6.4在城市地形测量中，GPS一RTK技术可以替代全站仪进行图根导线测量，所测范围内在不通视的条件下测定无累积误 差的图根点，使测图所需图根点的数量在满足要求时，可多可少，机动灵活；而且移动点至基准点的距离可以很长（最好不要超过10km）o6.5在城市空旷地区，建筑物不太稠密的住宅区和大马路上，RTK能快速地完成碎部测量作业。在夜间作业，比常规测量作业方法更具优越性。6.6在个别高大建筑物或建筑稠密地区，GPS出现盲区,初始化时间长或失锁，影响碎部测量速度，可采用RTK增补图根导线点，配合全站仪测量碎部点的方法，从而快速地完成野外作业，也可以大大提高外业测图的工作效率，进而达到缩短工期，节约成本的目的。参考文献［1］孔祥元，梅是义；控制测量学(上，下)；武汉测绘科技大学出版社；1996年。［2］《城市测量规范》；CJJ8-99；建设部颁布；1999年。［3］GB7931-87,1:500,1:1000,1:2000地形图航测摄影测量外业规范［S］。［4］刘大杰，施一民等；全球定位系统(GPS)的原理与数据处理［M］；同济大学出版社；1996年。［5］徐绍栓，张华海，杨志强；GPS测量原理及应用；武汉测绘科技大学出版社；1997年。［6］武汉测绘科技大学测量平差教研室编著；测量平差基础；测绘出版社；1996年。