淺談GPS-RTK在地形圖測(cè)繪中的技術(shù)分析-科技論文發(fā)表

1、淺談GPS-RTK在地形圖測(cè)繪中的技術(shù)分析-科技論文發(fā)表    淺談GPS-RTK在地形圖測(cè)繪中的技術(shù)分析-科技論文發(fā)表2011-06-11 09:14 來(lái)源：未知 瀏覽次數(shù)： 關(guān)鍵字： 科技論文發(fā)表,職稱評(píng)審,論文發(fā)表網(wǎng)淺談GPS-RTK在地形圖測(cè)繪中的技術(shù)分析華東鋒隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。人們對(duì)快速高精度位置信息的需求也日益強(qiáng)烈，但常規(guī)的GPS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK技術(shù)能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分（Real time kinemati

2、c）方法，利用了參考站和移動(dòng)站之間觀測(cè)誤差的空間相關(guān)性，通過(guò)差分的方式除去移動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)中的大部分誤差，從而實(shí)現(xiàn)高精度（分米甚至厘米級(jí)）的定位，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新的變革，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了 GPS RTK技術(shù)在地形圖測(cè)量中的應(yīng)用。1.GPS-RTK技術(shù)1.1GPS-RTK技術(shù)簡(jiǎn)介全球定位系統(tǒng)(GPS ) Global Position SystemGPS又稱為全球定位系統(tǒng)（Global Positioning SystemGPS）是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研制歷時(shí)20年耗資200億美元于1994年3月

3、完成其整體部署實(shí)現(xiàn)其全天候、高精度和全球的覆蓋能力現(xiàn)在GPS于現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合使得測(cè)定地球表面三維坐標(biāo)的方法叢靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)叢數(shù)據(jù)后處理發(fā)展到實(shí)時(shí)的定位與導(dǎo)航極大地?cái)U(kuò)展了它地應(yīng)用廣度和深度。載波相位差分法GPS技術(shù)可以極大提高相對(duì)定位精度。在小范圍內(nèi)可以達(dá)到厘米級(jí)精度。1.2 RTK技術(shù)應(yīng)用于地形圖測(cè)繪采用RTK技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)繪，不要求點(diǎn)之間進(jìn)行通視，只需一人攜GPS流動(dòng)站接收機(jī)在待測(cè)的地物地貌碎部點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)輸入地物編碼，通過(guò)控制器手簿，可以實(shí)時(shí)測(cè)定碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)專用的測(cè)繪軟件接口下載數(shù)據(jù)，并利用成圖軟件對(duì)地形圖進(jìn)行編輯。2.GPS-RTK測(cè)量技術(shù)要求2.1 GPS-RT

4、K測(cè)量分級(jí)2.1.1平面測(cè)量GPS-RTK平面測(cè)量分級(jí)為：一級(jí)控制點(diǎn)、二級(jí)控制點(diǎn)、圖根控制點(diǎn)（一般工程放樣點(diǎn)）、地形（地籍）碎部點(diǎn)。GPS-RTK平面測(cè)量主要技術(shù)要求應(yīng)符合表1規(guī)定。表1 GPS-RTK平面測(cè)量主要技術(shù)要求 等級(jí) 精度要求 與基準(zhǔn)站的距離（km） 觀測(cè)次數(shù) 觀測(cè)方式一、二級(jí) 兩次觀測(cè)點(diǎn)位互差3cm兩組觀測(cè)值的點(diǎn)位互差7cm 5 雙站各2次 雙基準(zhǔn)站圖根（放樣） 兩次觀測(cè)點(diǎn)位互差5cm 7 2 單基準(zhǔn)站碎部點(diǎn) / 10 1 單基準(zhǔn)站注：采用單基準(zhǔn)站觀測(cè)時(shí)，必須檢測(cè)周邊已有同等級(jí)以上控制點(diǎn)。檢測(cè)高等級(jí)控制點(diǎn)時(shí)，其點(diǎn)位互差5cm；檢測(cè)同等級(jí)控制點(diǎn)時(shí)，其點(diǎn)位互差7cm。雙基準(zhǔn)站觀測(cè)方式

5、是指在不同的基準(zhǔn)站上對(duì)同一流動(dòng)站點(diǎn)進(jìn)行的觀測(cè)。2.1.2高程測(cè)量GPS-RTK高程測(cè)量分級(jí)為：五等水準(zhǔn)、圖根水準(zhǔn)、地形（地籍）碎部點(diǎn)。GPS-RTK平面高程主要技術(shù)要求應(yīng)符合表2規(guī)定。表2 GPS-RTK高程測(cè)量主要技術(shù)要求 等級(jí) 精度要求 與基準(zhǔn)站的距離（km） 觀測(cè)次數(shù) 觀測(cè)方式五等 兩次高程互差3cm兩組觀測(cè)值的高程互差4cm 5 雙站各2次 雙基準(zhǔn)站圖根（放樣） 兩次觀測(cè)點(diǎn)位互差5cm 7 2 單基準(zhǔn)站碎部點(diǎn) / 10 1 單基準(zhǔn)站注：采用單基準(zhǔn)站觀測(cè)時(shí)，必須檢測(cè)周邊已有同等級(jí)以上控制點(diǎn)。檢測(cè)高等級(jí)控制點(diǎn)時(shí)，其高程互差4cm；檢測(cè)同等級(jí)控制點(diǎn)時(shí)，其高程互差5cm。2.2 GPS-RTK

6、地形圖圖根控制測(cè)量要求綜合上述技術(shù)要求，GPS-RTK方法進(jìn)行圖根控制測(cè)量應(yīng)該滿足以下要求：（1）GPS-RTK基準(zhǔn)站至少應(yīng)聯(lián)測(cè)3個(gè)高級(jí)控制點(diǎn)；（2）高級(jí)點(diǎn)所構(gòu)成的平面圖形能對(duì)相關(guān)的RTK流動(dòng)站點(diǎn)有足夠控制面積，并對(duì)GPS基準(zhǔn)站坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行有效檢核；（3）進(jìn)行GPS-RTK測(cè)量時(shí)，對(duì)每個(gè)圖根控制點(diǎn)均應(yīng)獨(dú)立測(cè)定兩測(cè)，在兩次測(cè)定時(shí)應(yīng)重新對(duì)中、置平三角架或?qū)χ袟U；（4）兩次測(cè)定圖根點(diǎn)坐標(biāo)的點(diǎn)位互差不應(yīng)大于±5cm，符合限差要求后取中數(shù)作為圖根點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量成果。3.GPS-RTK地形圖測(cè)量實(shí)例以浙江省青田縣萬(wàn)阜鄉(xiāng)地形測(cè)量為例，介紹RTK技術(shù)在地形測(cè)繪中的應(yīng)用，筆者結(jié)合自己在生產(chǎn)實(shí)踐中的一些經(jīng)驗(yàn)

7、，談?wù)凴TK技術(shù)在地形圖測(cè)繪實(shí)際操作中的一些注意事項(xiàng)，和傳統(tǒng)地形圖測(cè)繪相比的優(yōu)點(diǎn)。4.1 測(cè)區(qū)及任務(wù)概況青田縣萬(wàn)阜鄉(xiāng)位于青田縣西南部，該項(xiàng)任務(wù)主要是測(cè)量萬(wàn)阜鄉(xiāng)政府所在地及周邊幾個(gè)村的地形圖，需要測(cè)量的面積約4平方公里，比例尺為1：500。為了加快工程進(jìn)度，在做完測(cè)區(qū)的首級(jí)控制后，采用了全站儀地形測(cè)量和RTK地形測(cè)量同時(shí)進(jìn)行。4.2 收集資料和使用儀器項(xiàng)目前期共測(cè)四等GPS控制點(diǎn)5個(gè)，GPS級(jí)點(diǎn)26個(gè)， 三等水準(zhǔn)點(diǎn)4個(gè)，為RTK地形測(cè)量提供了一個(gè)很的基礎(chǔ)條件。本次測(cè)量采用的是拓普康Hiper pro型RTK，標(biāo)稱精度平面為±(5mm+1ppm×D)，高程為±(10m

8、m+1ppm×D)，集成程度高，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站的電池和電臺(tái)均為內(nèi)置，操作簡(jiǎn)單。4.3 采用系統(tǒng)平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用北京54坐標(biāo)系，高程采用1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)。平面投影采用高斯正形投影按3帶分帶，測(cè)區(qū)位于東經(jīng)119º52,北緯27 º58，屬于40帶，中央子午線為120 º。GPS RTK測(cè)量在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行，而實(shí)際工程測(cè)量和定位的在北京54坐標(biāo)系中進(jìn)行的，它們之間存在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)至少需要3個(gè)以已知點(diǎn)，且分別有WGS-84地心坐標(biāo)、北京54坐標(biāo)，該點(diǎn)最好選在測(cè)區(qū)四周及中心，均勻分布，能有效地控制測(cè)區(qū)。為了檢驗(yàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度和可靠性，

9、最好能利用最小二乘法，選3個(gè)以上的點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。4.4野外測(cè)量利用GPS RTK協(xié)同全站儀進(jìn)行數(shù)字化測(cè)圖的作業(yè)流程如圖1所示。其中，利用RTK技術(shù)既可測(cè)量圖根點(diǎn)，又可測(cè)量碎部點(diǎn)。 4.5實(shí)地檢驗(yàn)及精度分析待所有外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作完成以后，帶著全站儀、測(cè)距儀或皮尺到測(cè)區(qū)進(jìn)行實(shí)地檢查。根據(jù)地形圖測(cè)量規(guī)范，要求圖根點(diǎn)對(duì)于最近控制點(diǎn)的平面位置中誤差不得大于圖上0.1mm,對(duì)于1:500地形圖而言,換算為實(shí)地點(diǎn)位誤碼差為5cm,而RTK測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位誤差為1.5cm3cm,完全滿足精度要求。碎部點(diǎn)對(duì)于臨近圖根點(diǎn)平面位置中誤差不大于圖上0.6 mm，同樣滿足精度要求。5.RTK與全站儀數(shù)字化測(cè)圖比較R

10、TK數(shù)字化測(cè)量與全站儀數(shù)字化測(cè)圖的比較如表2所示。表2 RTK與全站儀數(shù)字化測(cè)圖比較序號(hào) 項(xiàng)目 RTK數(shù)字化測(cè)圖 全站儀數(shù)字化測(cè)圖1 測(cè)區(qū)控制測(cè)量 不需布設(shè)常規(guī)測(cè)量控制網(wǎng)，只要通過(guò)GPS靜態(tài)聯(lián)測(cè)高等能級(jí)點(diǎn)來(lái)設(shè)測(cè)區(qū)控制點(diǎn)即可 一般是在國(guó)家高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)上加密次級(jí)控制點(diǎn),然后依據(jù)加密的控制點(diǎn),布設(shè)圖根控制點(diǎn)2外業(yè)人員配置 一般由2人完成,其中1人看守基站,1人持流動(dòng)站觀測(cè),并繪工作草圖 現(xiàn)場(chǎng)成圖:一般配置1位觀測(cè)員、1位繪圖員、12位跑尺員。事后成圖：至少需2人，1位觀測(cè)員，1位跑尺并繪草圖3 成圖方式 采取事后成圖方式 即可事后成圖，也可現(xiàn)場(chǎng)成圖4 通視性 基準(zhǔn)站與觀測(cè)碎部點(diǎn)的RTK流動(dòng)站

11、間只要電磁波通視即可,不需幾何通視 要求測(cè)站點(diǎn)與碎部點(diǎn)必須幾何通視5 作業(yè)距離 RTK的作業(yè)半徑可達(dá)520km,不存在看不清楚而降低測(cè)量精度或出錯(cuò)情況 受全站儀最測(cè)程影響；當(dāng)超出1.5km后會(huì)因成像不清楚而降低作業(yè)精度6 誤差積累 不會(huì)積累,單人即可操作 會(huì)積累，支點(diǎn)搬站過(guò)多，儀器對(duì)中和整平精度不高，都會(huì)造成誤差7 氣候影響 不受天氣影響,靠衛(wèi)星定位,全天候作業(yè) 受天氣影響，霧天陰雨天不能作業(yè)8 獨(dú)立性 全完獨(dú)立,基準(zhǔn)站與流動(dòng)站相對(duì)獨(dú)立,工作重點(diǎn)在流動(dòng)站工作終端,1人手持流動(dòng)站即可獨(dú)立作業(yè) 需要協(xié)同作業(yè)，測(cè)站和鏡站必須配合作業(yè)，測(cè)量時(shí)用對(duì)講機(jī)協(xié)作6.結(jié)束語(yǔ)RTK數(shù)字化測(cè)圖與全站儀數(shù)字化測(cè)圖相比，具有作業(yè)距離長(zhǎng)、人員配置少、通視要求低、誤差不累積、實(shí)時(shí)提供經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的成果資料，無(wú)需數(shù)據(jù)后處理。擁有彼此不通視條件下遠(yuǎn)距離傳遞三維坐標(biāo)的優(yōu)勢(shì)，并且不像全站儀測(cè)量那樣產(chǎn)生誤差累積，定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠。在數(shù)