GPS-RTK测量技术在地形测量中的应用探讨

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　　摘要：本文通过GPS-RTK测量技术在地形测量应用叙述，详细介绍了RTK地形测量技术系统组成，分析RTK系统的误差源并提出了在地形图测绘中的一些消除误差的方法。RTK配合电子手簿及相应的软件，可以真正实现单人独立野外测量绘图的一体化。
　　关键词：GPS，RTK ，地形测量
　　RTK measurement technique in the application of topographic survey
　　Wei wenjie
　　（Liaoning Technical UniversitySurveying and Geographical Science Institute123000）
　　Abstract：In this paper, GPS-RTK measurement techniques described in the application of topographic survey, detailing the RTK measurement system composed, and analyzed RTK system error sources and method of eliminating RTK system error in topographic survey. RTK with the electronic hand-book and the corresponding software can realize single independent accomplishment of field surveying and mapping.
　　KEYWORD: GPS, RTK, Topographic Survey
　　1、引论
　　 RTK(Real Time Kinematic)技术是GPS测量技术与数据传输相结合而形成的一种实时动态相对定位技术，其系统主要由基准站和流动站两部分组成。基准站连续观测卫星信号并把观测到的卫星数据传输到发射电台，由发射电台发射信号传给流动站；流动站在接收卫星信号的同时，还实时接收基准站发送的数据，并进行实时差分处理基准站和流动站的载波相位观测值；最终获取流动站所在位置点的三维坐标信息和精度指标信息。利用GPS-RTK实时定位技术可进行控制点加密、工程放样、碎部点采集、中线高程的采集、地形测量、城市地籍等测量任务。
　　 RTK测量技术特点的是灵活、方便因此在地形测量中得到了广阔的应用，它能够实时获得流动站的三维定位结果，并在一定范围内达到厘米级甚至亚厘米精度现代化测量模式。
　　2、RTK系统组成
　　 根据不同的分类方法RTK系统可能有不同的分类，笔者将其分为三个部分组成：GPS接收机系统、数据链路系统、电子手簿数据处理系统。
　　GPS接收机系统：能够测量到载波相位的GPS接收机都能够进行RTK定位，但是为了能够快速、精确地求解整周模糊度，双频接收机比较理想。RTK系统至少要有两台GPS接收机（1+1），一台架设在基准站上接收卫星信号，一台作为流动站接收卫星信号。流动站也可以有多台接收机组成（1+2，1+3……N+N,网络RTK系统）多基站-多流动站式的网络RTK系统。还有就是基于CORS站与GPRS技术的GPS接收机系统。
　　数据链路系统：基准站发射电台：一般为外置独立电台，但是随着科技的发展进步逐渐被内置的集成电台或蓝牙所替代。流动站接收机电台：可以是内置在GPS接收机内部或用蓝牙，也有外置的独立电台。中继站电台：可以转发基准站接收机信号的中间转发电台，既接收基准站发送的信号又将接收机信号放大后发送出去，使基准站信号强度增强，既而扩大基准站的信号控制范围。一般是外置独立电台。还有一种是与GPRS技术结合，利用现代通信技术的中继电台。
　　电子手簿系统：由于RTK作业过程中，流动站一般将GPS接收机和电台背在背包中或者集成在流动站接收机内部，为了便于建立测量项目、建立坐标系统，设置测量形式和参数、设置电台参数；方便实时阅读测量的坐标及其精度，设计放样坐标或参数、指导放样等，一般采用手持式电子手簿来操作，电子手簿集成了众多数据处理软件。
　　3、RTK系统的主要误差源
　　 RTK系统在地形测量过程中涉及到诸多误差必然影响测量成果的精度，野外数据处理主要误差如下表1所示：
　　
　　
　　 由上述表分析，为了获得更高的RTK测量精度，我们可以采用适当的方法对上述误差进行削减或消除。下列方法可以大幅度提高RTK测量精度：
　　必须保证足够高精度的已知起算点坐标；
　　选择合适GPS接收机类型；
　　合理选择基准站点位置；
　　选择恰当的观测时段；
　　选择较好的数据传输电台以及提高数据链抗干扰能力；
　　合理选择的数据处理软件，提高数据处理过程解算精度.
　　4、RTK测绘地形图
　　1）RTK环境要求
　　 基准站和流动站要连续接收卫星信号，同时能够接收到5颗或5颗以上卫星信号；基准站应选在交通方便，地势较高，视野开阔，对天条件好，有利于接收卫星信号和发射差分定位数据信息的位置；流动站不仅能够很好的接收卫星信号还要能接基准站发出的差分信号；防止数据链干扰及多路经效应的影响，整个测区环境应该是无高压输电线、电视台、无线电发射台等干扰源；不应有强信号反射面或反射物(大面积水域、大型建筑物、玻璃幕墙等)，这样可以减少RTK的测量误差，进而提高RTK的测量精度。
　　2）RTK测绘地形图的特点
　　 观测站之间无需通视，这样就使地形点位的选择变的更为灵活，同时也可以减少测量工作的时间与经费；RTK定位精度高且均匀，不存在误差积累问题；同时它既能实时阅读测量结果（三维定位坐标）、又能实时监视定位精度水平；并可以全天候作业；作业有效距离远（一般可以达到10km），操作简便，其自动化程度高；接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻外业测量工作者的劳动强度；配合“测图精灵”、“测图之星”等野外成图软件，可以真正的实现内外业一体化，并能够随时检查测量成果的完整性和准确性；野外地形图数据采集工作可以一个人完成。
　　3) 野外测量。
　　 基准控制点（控制测量）。基准站一般设在地势比较开阔、地势相对较高的控制点上，应远离高压输电线路、变电站、电台和其它大功率无线电设施，布设基准控制点时要充分考虑到图形条件、分布状况，充分考虑基准站与流动站的个数和高差等的综合影响因素；而测绘地形图工作区一般都在山上，十分有利于使用RTK进行测量基准控制点。
　　 RTK数据采集(碎部点测量)。目前测绘地形图一般常用的RTK系统为1+2的，它是由三台GPS双频接收机，以其中的一台作为基准站设置在基准控制点上，另外两台作为流动站立在碎部点上，碎部点施测时基准站与流动站的距离不得大于RTK系统的有效工作距离；工作前要根据测量任务的要求修改大地坐标参数、基准站参数设置、流动站设置等。设立基准站后，应选择附近的控制点进行检验与校正，以确保其坐标和各项参数的正确性；在点校正后，方可进行RTK数据采集工作，每个流动站可单人独立完成野外数据采集工作；解算并标记、存储各个测量点的坐标和高程，技术员可根据实地情况进行编辑图形，这样就完成野外测量工作，方便快捷。
　　5、体会与建议
　　 通过RTK测量技术在地形测量中的应用分析，可以得出如下体会：
　　RTK测量不存在误差积累，精度分布均匀。
　　RTK作业精度较高，观测速较快，非常适合于大比例尺地形测量中的控制加密以及测图，可以带来更大的经济效益；
　　地形复杂点可以多测些点，这样可以更精确的反应地形真是情况；
　　利用RTK测量山地地形图时，只要测量山顶，山谷线、山脊线以及山脚线就可以完成山地地形图测量工作；
　　RTK测量地形图大大地降低了外业劳动强度，极大提高工作效率和成果质量；
　　RTK测量地形图操作简单，可单人独立完成野外数据采集工作；
　　根据星历预报来选择合适的作业时段、安排合理的观测时间是保证测绘地形图的精度的前提；
　　基准控制点的分布与精度及可靠性直接影响到整个测区的精度；
　　参考文献:
　　周忠谟，等。GPS卫星测量测量原理与应用[M]。北京测绘出版社，1997
　　李沛鸿，柳广春，GPS-RTK误差分析与削减方法探讨[J] 全球定位系统 2008年2期
　　吴清山;柳广春;;GPS测量技术在中小城镇地籍测量控制中的应用[J];科技创业月刊;2010年05
　　金君。GPS在地籍测量中的作用[J]。测绘通报，1999(7)
　　张开明 GPSRTK技术在地质勘探中的应用[J] 中国西部科技2008年5月(上旬)总第138期
　　作者简介：
　　 魏文杰，辽宁人，1990年6月生 现就读于辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 资源环境与城乡规划管理系08-1班
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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