关于GPS-RTK配合全站仪数字测图技术的讨论

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　　【摘要】采用RTK与全站仪联合进行数字化测图的方法比之传统方法更具优越性，可保证图根点点位误差不积累、不传播，减少人为的干预，自动化程度较高，在很大程度上避免人为误差，使精度得到提高。
　　【关键词】GPSRTK全站仪数字测图
　　引言
　　随着测绘技术的发展， 传统的测图方法正逐步被不断涌现的新设备、新技术、新方法所取代。GPS-RTK（以下简称RTK）与全站仪联合进行大比例尺地形图全野外数字成图就是一种行之有效的创新方法。采用RTK与全站仪联合测绘地形图，可以优势互补。因为如果仅用全站仪进行数字化测图，必须建立一级导线控制网和图根控制网，投入大量的人力、物力、财力和时间。如果采用RTK测图，可以省去建立图根控制这个中间环节，节省大量的时间、人力、财力，同时还可以全天候观测。但是由于卫星的截止高度角必须大于15°，它在遇到高大建筑物或在树下时就很难接收到卫星和无线电信号，况且也不能完全使GPS接收机接近建筑物的拐角，也就无法进行测量。 而用RTK与全站仪联合测图， 即对空旷地区的地形和部分地物用RTK测量，对村庄、城市内的建筑物、构筑物用RTK实时给出图根点的三维坐标，然后用全站仪进行碎部测量，这样可以大大加快测量速度，提高工作效率。
　　一、RTK简介和基本原理
　　1、RTK简介
　　RTK实时动态测量系统，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，是GPS测量技术发展中的一个新突破。RTK定位精度高， 可以全天候作业，每个点的误差均为不累积的随机偶然误差。且外业操作简单，只需一个人，属于真正的一人操作系统，其平面精度可以达到1cm+1ppm， 高程精度可以达到2cm+1ppm，完全可以满足地形测量的精度要求，也可以达到图根控制点的精度要求。
　　实时动态测量的基本思路是在基准站架设一台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流动站的三维坐标和精度（见图1）。
　　
　　
　　2、RTK的基本原理
　　RTK实时相对定位原理是基准站把接收到的所有卫星信息（如基准站坐标天线高程等）都通过无线电通讯系统传送到流动站，流动站在接收卫星数据的同时也接收基准站传送的卫星数据，在流动站完成初始化后，把接收到的基准信息传送到控制器内，并将基准站的载波观测信号与本身接收到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。
　　二、RTK数据采集关键技术
　　RTK技术的关键在于数据处理和数据传输，主要有三个关键方面：
　　1、求解初始的整周模糊度（初始化）；
　　2、基准站与流动站间的数据传输；
　　3、合适的坐标转换参数。
　　目前，应用最多的确定整周模糊度的方法为OTF算法，它是在流动站近似坐标和协方差的基础上确定整周模糊度的搜索空间，在此空间内计算所有的可能模糊度解， 然后通过比较最小方差选择最优解和次优解，最后确定整周模糊度，它能在1s内确定模糊度，若失锁后再次锁定将更快。RTK数据传输采用UHF波， 传播的方式主要是空间波，即直射波、折射波、散射波以及它们的合成波，其穿透力强， 但是易受障碍物、地形和地球曲率或者其他复杂情况的影响。为了增强通信能力，进行RTK测量时，可采取下列解决办法：把RTK的基准站布设在RTK有效测量区中央最高的控制点上，提高基准站和流动站天线的架设高度，使用高增益天线及高灵敏度接收机，缩短各点到基准站的距离，使其能满足“电磁波通视”；另外，还可以在地形、地物遮挡时，增加中继站等。
　　RTK流动站实现实时提供用户坐标成果的一个重要环节是WGS-84坐标到地方坐标系的转换参数问题。坐标转换参数的确定误差是RTK作业的主要误差来源之一，选择先进的坐标转换模型，求得高精度的转换参数至关重要，这是获取高精度成果的基础。利用转换参数才能将WGS-84坐标转换成工程项目所在坐标系的坐标。因此， 坐标转换参数的确定是RTK技术投入实际应用的关键。
　　三、RTK数字成图
　　1、初始设置
　　作业前，首先要对基准站进行设置，将GPS接收机架设在控制点上，对坐标系统、单位、坐标几何进行设定，并同时对流动站进行相应的设定。
　　2、控制点检核
　　由于GPS卫星的不可确定性，而且为了检验所求转换参数的正确性，首先要利用求得的转换参数进行检核，以保证测量精度。
　　3、RTK测量
　　根据需要，每两个人一组进行RTK测量，其中一个人操作RTK， 另一个人绘制野外草图，或在进行图根控制时进行控制点的记录。
　　四、全站仪数字地形图测量
　　1、全站仪数据采集
　　在空旷地区，利用RTK可以完全进行地形的测量（包括碎部高程点和地貌的测量），但是因为GPS接收机不能接近建筑物、构筑物的外角，因此还需要利用全站仪进行测量，具体步骤为：
　　（1）使用全站仪在图根点上设站、定向、检查，误差在±5cm以内时，在施测碎部点坐标和高程点处，利用全站仪内部存储器记录观测数据，野外绘制草图，记录观测点号和相应地物；
　　（2）将全站仪记录数据传输至计算机，将数据格式转换成图软件数据格式， 展绘野外采集数据点号， 对应草图绘制数字化地形图，根据相应图示、规范和设计书对地物进行分层、编码；
　　（3）根据回放图外业补绘地物，检查外业图形，将数字化地形图按坐标进行分幅；
　　（4）对分幅图进行图廓整饰和接边，检查数据，并回放成果图。
　　2、全站仪图根导线同碎部点共同采集
　　在城区密集的地方，RTK不能完全布设图根导线点，可以利用全站仪内存记录碎部点，自动传输数据后再由人工进行数据处理，以解决相应的问题，这样可以避免记录错误，提高工作效率。另外，在首级控制成果没有到位而作业组已经进驻测区的情况下，同样可以正常进行外业工作，包括测量图根导线、测量碎部点、画草图，回驻地后只需将测量的内存数据稍加整理， 到有成果时再统一进行计算。这样做既不影响测量精度，又在最大程度上减少了外业工程量；同时可以为工程的协调赢得时间，只是在内业的做图环节上滞后，而内业做图不会受到天气的影响，往往可以赶上工程进度。
　　五、结论
　　采用RTK与全站仪联合进行数字化测图的方法比之传统方法更具优越性，可保证图根点点位误差不积累、不传播，减少人为的干预， 自动化程度较高，在很大程度上避免人为误差，使精度得到提高。用这种方法可方便、高效、可靠地完成地形测量工作，具有常规测量仪器所无法比拟的优点，能有效地提高工作效率，形成更好的经济效益。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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