RTK在数字测图中提高效率的应用

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　　内容摘要：
　　 随着科学技术的不断发展，一些先进的测量工具及成图专业软件取代了传统的模拟法测图。以RTK、全站仪为代表的智能化、数字化测绘仪器，使空间数据自动采集、传输、处理的测量数据处理系统得以实现，从而减少了劳力，大大提高了工作效率和测绘精度。RTK技术以其高精度、高效益逐渐代替传统测量模式，又可为地理信息系统提供建库所需要地理信息数据。
　　
　　关键词：RTK数字测图数据采集 提高效率
　　
　　
　　
　　 目前，随着测绘技术的高速推进，数字测图仪器、计算机和各种成图软件的发展，传统的测绘方法因此而发生了巨大的变化。以RTK为代表的智能化、数字化测绘仪器，使三维数据自动采集、传输、处理的测量数据处理系统得以实现，从而减轻了测绘人员的工作强度，提高了效率，缩短了人员培训时间，测绘精度也得到了保证和提高。
　　RTK的组成及原理
　　 RTK(Real Time Kinematic) 也就是实时动态测量系统,它是集计算机技术、数字通讯技术、无线电技术和GPS 测量定位技术为一体的组合系统;它是GPS 测量技术发展中的一个新突破。RTK 定位精度高,可以全天侯作业, 每个点的误差均为不累积的随机偶然误差。
　　 实时动态测量的基本思路是: 在基准站安设一台GPS 接收机,对所有可见GPS 卫星进行连续的观测,并将观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站(流动站); 在流动站上, GPS 接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理实时地计算并显示出流动站的三维坐标及精度。
　　 1、RTK 系统的组成
　　 RTK 系统由基准站、若干个流动站及无线电通讯系统三部分组成。基准站包括GPS 接收机、GPS 天线、无线电通讯发射系统、供GPS 接收机和无线电台使用的电源(汽车用12 伏蓄电瓶) 及基准站控制器等部分。流动站由以下几个部分组成: GPS 接收机、GPS 天线、无线电通讯接听系统、供GPS 接收机和无线电使用的电源及流动站控制器等部分
　　 2、RTK 的基本原理
　　 RTK(Real Time Kinematics)就是一种运用载波相位差分技术进行实时定位的GPS测量系统。在这一系统中,基准站以及移动站同时接收4颗以上的卫星进行载波相位观测(初始化则要求5颗以上)。而设置在坐标精确的已知点上的基准站,在跟踪载波相位测量的同时通过数据链将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去。另一台或者若干台接收机则作为移动站在各待定点上依次设站观测,移动站在接收GPS信号进行载波相位观测的同时,还通过数据链接收来自基准站的载波相位差分及其他的数据,现场实时解算WGS84坐标系的坐标,并根据控制器上设置的转换参数以及投影方法实时计算出移动站的北京54、国家80或者任意定义的工程坐标系统的平面坐标以及海拔高程。RTK 实时相对定位原理如1图所示。基准站把接收道的所有卫星信息（包括伪距和载波相位观测值）和基准站的一些信息(如基站坐标天线高等) 都通过无线电通讯系统传递到流动站，流动站在接收卫星数据的同时也接受基准站传递的卫星数据。流动站完成初始化后,把接收到的基准站信息传送到控制器内并将基准站的载波观测信号进行差分处理,即可实时求得未知点的坐标。
　　 图1 RTK成图原理
　　 这就要求RTK数字测图过程中,每次进行数据采集之前,或是在数据采集过程中出现基准站主机死机(主机本身原因或断电)或被移动都必须进行纠正,纠正的实质就是将控制点在RTK所测的WGS84系统下的坐标根据已知控制点的已有坐标计算转换参数,并将已知控制点所处的坐标系统应用于所需采集的各碎部点,使得碎部点与控制点的坐标系统一致。
　　 在进行纠正的过程中,必须使得各参数的变换在系统设置或规范要求的范围之内,比如四参数里的边长缩放比例必须在0.999-1.000之间,以保证坐标系转换之后边长变形在规范限差范围内,在为了作纠正而进行已知点的坐标采集时则一般要求旋转移动站使圆水准气泡朝向不同的方向采集3次及以上,且要求所采集的点平面位置较差在2cm以内,高 程误差在1cm以内。在对特征点进行数据采集时,一般应保证平面点位误差(工程之星记录手簿屏幕上所显示的HRMS)宜小于4cm,而高程误差(工程之星记录手簿屏幕上所显示的VRMS)宜小于3cm,以保证图纸的最终质量。
　　二、RTK技术在数字测图过程中的应用
　　 1、 测图前的组织准备
　　测量工作对于现今社会建设具有重要意义,它是建设工作的基础,只有根据已有的测量资料和踏勘情况进行周密的思考,有效的组织,做好工作计划以确保工作能顺利进行,以保证工程的质量。特别是对大型工程而言,有了先进的设备,不一定意味着就能取得高效率的工作进展,如果不注意有效组织测绘工作的开展,也很难取得预期的收效,甚至会出现延误工期的现象。众所周知,控制点的点间距相对较大,这必然导致在实施过程中要花大量的时间在纠正这一环节上。如果不注意组织准备工作的重要性,势必导致人力、物力、财力的不当消耗。
　　 RTK数字测图过程中,先测哪一个片区，如何推进测图区域，如何划分各小组的测图区域，基准站的安置位置，用于纠正的控制点的选择，测区中哪些区域宜用RTK采点，哪些区域宜用全站仪采点，均需要进行有效的组织。
　　 2、基准站的选择及其注意事项
　　如果基准站选择不好,那么RTK的优点也许并不能得到最大限度的体现,况且任何测量系统都有着自身的局限性。
　　 通过几个实际项目的验证和总结,RTK数据链的工作与周围的电磁环境以及作用距离都有较大的关系,基准站的选择一般应满足:a 邻近不宜有手机信号发射塔、雷达、电视发射塔、高压电杆等强电磁辐射源;b 在10°截止高度角以上的空间不应有障碍物;c 最好选择在地势相对高的地方以利于电台的作用距离。此外,为了避免因基站电池电量不够而导致基准站必须换电池或更换电源以保证继续作业,而更换电池后必须重新纠正才能使坐标系统统一,所以在作业开始前必须保证基准站电池电量充足。再者,若在树木等对电磁传播影响较大的物体下设站,当接收机工作时,接收的卫星信号将产生畸变,势必导致数据传输出来时出现“飞点”的现象。值得注意的是,在很多时候,基准站完全可以安置在所测区域之外比较合理的地方,对于南方灵锐S82型RTK,在进行数据采集时,若测区比较空旷,基准站的有效距离完全可以达到4km。
　　 3、信号接收不到对测图进程的影响及处理建议
　　 但是基准站的选择即使已经满足了上述条件,由于野外的实际情况及其复杂,很难保障信号不被遮挡,很多时候拿着移动站跑点,在特征点上都能看到基准站,但就是接收不到信号,或是勉强接收到信号而移动站手簿显示的却是单点解或浮点解,无法进入固定解,使得某些必须的特征点无法获得做需数据。特别是在建筑物相对较密集的区域内,经常会出现这样的情况,那么怎么处理呢？也许大部分作业人员会选择搬站,但事实上很徒劳,首先搬站会花费很多时间在路途上,此外,即使将基准站位置换了一个角度或是提高了一定的高度,但是这些必须测定的特征点依旧无法收到信号或是进入固定解的状态。建议的处理方法是:用RTK在建筑物相对较密集的区域用类似传统测图模式中的辐射图根点的方法引一定数量的点位,用RTK精确测定其坐标以作图根点,然后用全站仪进行数据采集,这样的作业效率反而会提高。若测区内建筑物不是很多,引点就显得太麻烦了,我们可以选择将建筑物的特征点平移一段距离,再用皮尺量出其关系距离,即可将建筑物测定出来,只是在一定程度上增加了内业成图的工作量,但一般只用得到绘图中的平移、复制等简单命令,操作并不那么复杂,也不会浪费太多的时间。当然,如果建筑物相对较密集而且又很多,那么这些繁杂的关系距离的标注加大了绘制草图的工作量,而且在内业成图的时候容易出错,那么还是不得不选择引点的方式进行测绘。

　　三、RTK技术在地形图数字测绘的优势
　　 数字测图内外业一体化在大幅度提高成图质量、更方便用图时,同时提高劳动生产率,促进经济效益增长。主要表现在以下几方面:
　　 1、 作业效率显著提高
　　 静态GPS做完首级控制后,可以用RTK进行图根控制,由于图根控制的精度要求不如首级控制那么高,RTK作业时间不需要像静态那么长,完全可以在时间上缩短工期,而在进行数据采集时,与传统的手工测图、全站仪数字测图作业模式相比,不需要去考 虑点与点之间的通视,大大节约了选点时间,更不需要花费更多的时间进行频繁的搬站。传统测图模式实施过程中,在人员配置时,必须1~2人(甚至是3人)在测站上,2人去跑点,而RTK数字测图,则不必如此,只需要1人守基站(而且守基站的人基本上不需要具备任何的专业技术,那么在野外作业时可以考虑把驾驶员安排了看守基站),另外的人员都可以操作移动站去跑点,这样就大大提高了作业效率,而且节约了人力资源的消耗,从而节约了作业成本。
　　 2、 数学精度显著提高
　　与传统测量方法相比,数字测图内外业一体化的精度有了质的提高。内外业都减少很多生产过程的各种误差。
　　 3、 动态转换、容易更新
　　 由于绘图软件允许随时变换绘图比例尺,数字地图通过一定编辑,即能实现一图多用。也可据需要绘出各种专题地图。另一优点是更新容易,对地形图的修测、补测十分方便,这样也就使图纸能长期循环利用,自然也就提高了图纸的利用率,同一套数据可以得到最大限度的利用。
　　四、 结语
　　 实时动态定位(RTK)技术以其高精度、高效益逐渐代替传统测量模式,又可为地理信息系统提供建库所需要数据。现在,随着实时动态定位(RTK)技术的推广和应用,数字化技术将进入全新境界。但是如果不注意组织和处理好一些相关的问题,那也很难保证RTK的优势在地形图数字测绘中能够达到预期的效果。当然,随着科学的发展,测绘新技术的不断推进,如果能够实现当基站断电或死机在重新开机或启动后,无须再进行纠正,那么必将最大限度提高作业效率。如果以上的一些问题分析及处理建议在此仅凭个人的一些工程经验,在此作一些阐述,仅供同行交流和参考,有不恰当的地方,还请读者多提建议,共同 共同探讨。
　　 [参考文献][1] 卢满唐.数字测图[M].中国电力出版社.
　　 [2] 潘正风.数字测图原理与方法[M].武汉大学出版社.

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