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基于GPS-RTK技术的大比例尺测图
摘 要：以成都理工大学东区操场及周边1∶500地形图的测量成图为实例,介绍了RTK技术的工作原理、工作条件、技术优点,阐述了测区概况、控制点布设、作业依据、仪器设备以及测量步骤,利用架设基准站的方法测得了控制信息和转换参数,利用RTK技术采集了野外碎部点坐标数据,并利用CASS9.0软件进行了测绘内业成图,指出RTK技术作为目前使用最广泛的快速高精度定位技术,具有精度高、实时性强、作业效率高的优点,极大地提高了工作质量和效率,已被广泛应用于大地测量、工程测量、气象监测、地震监测等领域,是GPS定位技术的新突破,在大比例尺测图中发挥着举足轻重的作用,将会具有更多潜在的应用价值和更加广泛的应用领域.
关键词：GPS；RTK；大比例尺测图；测量步骤；全站仪
中图分类号：P228.4 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.06.035
随着科学技术的不断发展,测绘现代化技术的日益提高,基于全球定位系统（Global Position System,GPS）-实时动态（Real-Time Kinematic,RTK）载波相位差分定位测量技术的大比例尺测图已成为主流方法之一.
RTK技术精度高、实时性强的优点极大地提高了工作质量和效率,已被广泛应用于大地测量、工程测量.气象监测、地震监测等领域,传统的测图方法正逐渐被取代[1-2].
本文结合对成都理工大学东区操场及周边进行1∶500地形图的测量成图实例,利用架设基准站的方法测得了控制信息和转换参数,利用RTK技术采集了野外碎部点坐标数据,并利用CASS9.0软件进行了测绘内业成图.
1 RTK技术介绍
RTK技术是以实时载波相位差分为原理的实时动态定位技术,能实时解算数据,并在短时间内得到高精度位置信息的技术.
1.1 RTK技术设备的工作原理
将一台接收机架设于基准站上,并准备另一台接收机（称为流动站）置于撑杆上.在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测的卫星信息和基准站信息传递至流动站,流动站在接收卫星数据同时通过数据链接受基准站传递的信息.在移动站完成初始化后,将接收到的基准站信息传至控制器,同时将基准站得到的载波观测值和其本身的观测值进行差分处理,得到移动站的坐标[3].
1.2 RTK技术设备的正常工作基本条件
一是基准站、移动站需要同时接收到5颗以上的GPS卫星信号；二是基准站和移动站能同时接收卫星信号,且移动站能接收到基准站发出的差分信号；三是在迁站过程中,移动站需要连续接收卫星信号和差分信号.
1.3 RTK技术的优点
一是定位精度高[4].高程精度和平面精度均为厘米级,数据可靠性高.二是作业效率高.RTK技术不要求点间通视,一人操作即可完成测量,可减少传统仪器的搬站情况,极大地提高作业效率.三是操作简单.在利用RTK技术进行测量时,仅需载体的水准气泡粗对中后即可获取坐标数据,操作方法简单,不需过多的专业知识.四是全天候作业.与传统测量技术相比,RTK技术不要求两点间光学通视,一般能全天候作业.五是RTK技术觉有高集成化和自动化程度.利用仪器内部软件控制系统,便能实现多种功能,减少人为误差,保证作业精度.
2 RTK技术测量的实例
2.1 测区概况
测区为成都理工大学新区体育场,地势平坦.测区内有足球场、主席台、跑道等体育设备,测区周围有较小的陡坡.测区以护栏为界,测区外有公路通过,交通便利,信号良好,视野开阔.
2.2 控制点布设
测区外有3组控制点,其中测区两端为A号、B号控制点,用于计算转换参数；而C号控制点用于检测参数精度.
2.3 作业依据和仪器设备
作业依据中华人民共和国住房和城乡建设部
颁布的C/T 8—2011 城市测量规范[5]、C/T 73—2010 卫星定位城市测量技术规范[6].采用的仪器设备包括海星达iRTK2型基准站接收机1套、中海达iRTK2型流动站接收机1套、笔记本电脑和载体、三脚架等.
3 采用RTK技术设备进行测量的步骤
3.1 基准站架设
基准站架设点选于测区内主席台旁的看台上,为保证基准站卫星接收和传播的质量,架设要求[7]如下：一是基准站上方需视野开阔,视场内障碍物的高度角不宜超过15°；二是基准站架设点应远离大功率无线电发射源200 m以上,远离高压输电线和微波无线电信号传送通道50 m以上；三是远离对卫星信号强烈反射的物体,如大型建筑物、水域等；四是选择交通方便且地面基础稳定的地方.
在选择适当的点位后,依次连接组装接收站、电台、天线及电频等配件.打开接收机,调至基准站模式,用配置手簿连接接收机后,设置基准站各项参数,如设置卫星高度角为15°、设置数据链为外挂电台、量取接收机高度等.由于架设基准站的点位是未知点,需平滑采集坐标数据,并量取接收机高度,然后输入到手簿中.
3.2 移动站设置
1个流动站只需一名或两名测量员通过配套手簿进行测量.依次将流动站的接收机、天线、对中杆连接后,打开接收机并调至移动站模式,手簿开启蓝牙搜索相应的接收机型号并连接成功,便可设置移动站的参数,如接收机高度、数据链、观测次数等.设置完成后,即可开始测量.
3.3 原始数据采集具体流程
首先是参数计算：平滑采集测区两端的A号、B号控制点的WGS84坐标,添加至参数计算,再输入校正点的当地坐标,在手簿上计算即可求得转换参数并应用[8].其次是点校正：平滑采集C号
控制点坐标,当该点坐标与已知坐标误差不超过
50 mm时,可以开始测图.最后是图根点测量：通过修改点名或备注,对特定地物进行标注.正常情况下,在撑杆对中整平后2 s内,即可完成1个点的观测.本次共测得253个图根点,其中包括在足球场内部测得的64个高程点.
3.4 全站仪配合测量
RTK技术可以有效地完成坐标点的测定,精度能达到厘米级,其工作效率、应用领域都具有一定优势.然而,RTK技术在应用中易受到信号环境的干扰.而全站仪作为传统测图仪器,具有适用领域广、精度高的优势.然而,全站仪容易受环境、距离等限制而影响测量[9-10].
由于接收信号问题或可观测卫星数量不足5颗时,而无法采用RTK技术设备测得的碎部点坐标数据,可采用全站仪测得[11].用RTK技术设备确定全站仪的测站点时,必须使用脚架,以保证测站点精度.此处使用全站仪测量的点是主席台下雨棚遮挡的8根柱子,选择的全站仪测站点位为主席台前跑道旁.
4 RTK技术测量的内业成图
4.1 数据格式
由于采用RTK技术测量产生的数据格式不能直接被CASS软件识别,因此需要将数据格式转换为*.dat格式再导出,该格式也能用记事本软件进行 查看并编辑.数据采集格式为点名、编码、东坐标、北坐标及高程[12].表1为测量得到的碎部点坐标数据.
4.2 成图
将数据导出后,可直接在CASS软件中展点.由于测图方法采用“草图法”,因此无法使用编码直接成图.画图员根据点名判断地物类别并选择相应的符号进行成图.此外,还要进行简单修正、文字注记、等高线绘制和地形图修饰的工作.
5 结束语
RTK作为目前使用最广泛的快速高精度定位技术,已被广泛应用于测量的各个领域中,是GPS定位技术的新突破,在大比例尺测图中也发挥着举足轻重的作用.当由于城市通信信号干扰问题而使得RTK无法定位时,可采用传统测量方式,如RTK技术设备和全站仪结合测量.RTK技术在作业效率、精度方面都有足够的优势,相信日后会发现更多潜在应用价值,应用领域也会更加广泛.
参考文献：
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[2] 李智明.网络RTK在大比例尺测图控制中的应用[J].地
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技术规范:C/T 73—2010[S].北京:中国建筑工业出版
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[12] 孟凡超.GPS-RTK与全站仪联合作业在数字测图中的
应用[J].北京测绘,2010(2):57-60.
（责任编辑 邸开宇）
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