GPS RTK配合全站仪测制数字地形图

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　　摘要:GIS一RTK具有定位精度高、无需通视、测量时间短等优点，但是
　　在GPS RTK使用过程中，因受诸多条件的限制，大多情况下需要与常规测量相结合才能完成一个完整的工程项目，因此，就需要对GPS RTK点的适用条件作一定的限制，确定什么情况下使用GPS RTK进行测量。
　　关健词 ：GPS;RTK;应用;
　　一、概述
　　目前全站仪在数字测图中的应用已相当普遍，数字测图变得简易可行，但是“先控制，后碎部”的程序，尤其是控制测量从选点、测绘到计算需要较长的时间。GPS RTK技术经过最近20年的发展，理论及其应用日趋成熟、广泛，由于具有全天候、无需通视、定位精度高、实时定位等优点，使得GPS应用于数字测图的图根加密控制和碎部测量成为可能。本文结合某矿区数字地形图测绘，说明RTK配合全站仪可以进行快速数字地形图的测制。
　　二、RTK 定位技术简介
　　实时动态( RTK) 定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS 技术, 它是GPS 测量技术发展的一个新突破, 在测绘、交通、能源、城市建设等领域有着广阔的应用前景。众所周知, 无论静态定位, 还是准动态定位等定位模式, 由于数据处理滞后, 所以无法实时解算出定位结果, 也无法对观测数据进行检核, 这就难以保证观测数据的质量, 在实际工作中经常由于粗差造成的不合格观测成果需要返工来重测。目前, 解决这一问题的主要方法就是延长观测时间、选择作业窗口来保证测量数据的可靠性, 这样一来就降低了GPS 测量的工作效率。实时动态定位( RTK) 系统由基准站、流动站和数据链组成, 建立无线数据通讯是实时动态测量的保证, 其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点, 安置一台接收机作为参考站, 对卫星进行连续观测, 流动站上的接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据, 流动站上的计算机( 手簿) 根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的3 维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况, 根据待测点的精度指标, 确定观测时间, 从而减少冗余观测, 提高工作效率。
　　三、RTK 技术的优点
　　
　　1. 定位精度高, 没有误差积累只要满足RTK 的基本工作条件, 在一定的作业半径范围内( 一般为5 km) ,RTK 的平面精度和高程精度都能达到厘米级, 且不存在误差积累。
　　2. 全天候作业
　　RTK 技术不要求两点间满足光学通视, 只需要满足电磁波通视和对空通视的要求, 因此和传统测量相比,RTK 技术作业受限因素少, 几乎可以全天候作业。
　　3. RTK 作业自动化、集成化程度高
　　RTK 可胜任各种测绘外业。流动站配备高效手持操作手簿, 内置专业软件可自动实现多种测绘功能, 减少人为误差, 保证了作业精度。
　　五、RTK 技术的缺点
　　虽然GPS 技术有着常规仪器所不能比拟的优点, 但经过多年的工程实践证明,GPS RTK 技术存在以下几方面不足。
　　1. 受卫星状况限制
　　GPS 系统的总体设计方案是在1973 年完成的, 受当时的技术限制, 总体设计方案自身存在很多不足。随着时间的推移和用户要求的日益提高,GPS 卫星的空间组成和卫星信号强度都不能满足当前的需要, 当卫星系统位置对美国是最佳的时候,世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖。例如在中、低纬度地区每天总有
　　两次盲区, 每次20 ～30 min , 盲区时卫星几何图形结构强度低,RTK 测量很难得到固定解。同时由于信号强度较弱, 在对空遮挡比较严重的地方GPS 无法正常应用。
　　2. 受电离层影响
　　白天中午, 受电离层干扰大, 共用卫星数少, 因而初始化时间长甚至不能初始化, 也就无法进行测量。根据我们的实际经验, 每天中午12 ～13 点,RTK 测量很难得到固定解。
　　3. 受数据链电台传输距离影响
　　数据链电台信号在传输过程中易受外界环境影响, 如高大山体、建筑物和各种高频信号源的干扰,在传输过程中衰减严重, 严重影响外业精度和作业半径。另外, 当RTK 作业半径超过一定距离时, 测量结果误差超限, 所以RTK 的实际作业有效半径比其标称半径要小, 工程实践和专门研究都证明了这一点。
　　4. 受对空通视环境影响
　　在山区、林区、城镇密楼区等地作业时,GPS 卫星信号被阻挡机会较多, 信号强度低, 卫星空间结构差, 容易造成失锁, 重新初始化困难甚至无法完成初始化, 影响正常作业。
　　5. 受高程异常问题影响
　　RTK 作业模式要求高程的转换必须精确, 但我国现有的高程异常分布图在有些地区, 尤其是山区,存在较大误差, 在有些地区还是空白, 这就使得将GPS 大地高程转换至海拔高程的工作变得比较困难, 精度也不均匀, 影响RTK 的高程测量精度。
　　6. 不能达到100%的可靠度
　　RTK 确定整周模糊度的可靠性为95% ～99 %, 在稳定性方面不及全站仪, 这是由于RTK 较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故。
　　六、应用实例
　　根据GPS RTK的特点在郧县青木沟矿区进行，1：5000数字地形图测绘时，采用了GPS RTK和徕卡全站仪配合测量的方法，实现了数字地形图的快速测制。工作中，用RTK布设图根点，由于是直接测定三维坐标省去了很多计算时间。在碎部测量中，以RTK测量为主，全站仪测量为辅的方法进行。RTK搬站次数少，覆盖面积广，可以快速测出山脊的三维坐标。在无线电通视条件好的大的山谷用RTK测设图根点，用全站仪测绘出较小的山谷的碎部点。
　　采用GPS RTK配合全站仪测图，既保证了测量的速度，又弥补了RTK的不足，保证了测量成果的精度。
　　七、结论
　　用GPS RTK和全站仪配合测图，测绘速度快，成果精度高。青木沟矿区高差较大，植被较发育，如果用常规方法测图无法在较短的时间内完成25平方公里的测图任务。采用GPS RTK配合全站仪的方法后，使工期缩短了将近两个月。取得了很好的经济效益。

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