浅谈GPS-RTK在地形图测绘中的技术分析-科技论文发

发布时间：2022-10-05 21:44 热度：

浅谈GPS-RTK在地形图测绘中的技术分析

华东锋

随着科学技术的发展、社会经济的发展。人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈，但常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK技术能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Real time kinematic）方法，利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度（分米甚至厘米级）的定位，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的变革，极大地提高了外业作业效率。本文结合生产实践经验，介绍了 GPS RTK技术在地形图测量中的应用。

1.GPS-RTK技术

1.1GPS-RTK技术简介

全球定位系统(GPS ) Global Position System

GPS又称为全球定位系统（Global Positioning SystemGPS）是美国从上世纪70年代开始研制历时20年耗资200亿美元于1994年3月完成其整体部署实现其全天候、高精度和全球的覆盖能力现在GPS于现代通信技术相结合使得测定地球表面三维坐标的方法丛静态发展到动态丛数据后处理发展到实时的定位与导航极大地扩展了它地应用广度和深度。载波相位差分法GPS技术可以极大提高相对定位精度。在小范围内可以达到厘米级精度。

1.2 RTK技术应用于地形图测绘

采用RTK技术进行地形图测绘，不要求点之间进行通视，只需一人携GPS流动站接收机在待测的地物地貌碎部点进行数据采集，同时输入地物编码，通过控制器手簿，可以实时测定碎部点的三维坐标，通过专用的测绘软件接口下载数据，并利用成图软件对地形图进行编辑。

2.GPS-RTK测量技术要求

2.1 GPS-RTK测量分级

2.1.1平面测量

GPS-RTK平面测量分级为：一级控制点、二级控制点、图根控制点（一般工程放样点）、地形（地籍）碎部点。GPS-RTK平面测量主要技术要求应符合表1规定。

表1 GPS-RTK平面测量主要技术要求

等级 精度要求 与基准站的距离（km） 观测次数 观测方式

一、二级 两次观测点位互差≤3cm

两组观测值的点位互差≤7cm ≤5 双站各2次 双基准站

图根（放样） 两次观测点位互差≤5cm ≤7 2 单基准站

碎部点 / ≤10 1 单基准站

注：采用单基准站观测时，必须检测周边已有同等级以上控制点。检测高等级控制点时，其点位互差≤5cm；检测同等级控制点时，其点位互差≤7cm。

双基准站观测方式是指在不同的基准站上对同一流动站点进行的观测。

2.1.2高程测量

GPS-RTK高程测量分级为：五等水准、图根水准、地形（地籍）碎部点。GPS-RTK平面高程主要技术要求应符合表2规定。

表2 GPS-RTK高程测量主要技术要求

等级 精度要求 与基准站的距离（km） 观测次数 观测方式

五等 两次高程互差≤3cm

两组观测值的高程互差≤4cm ≤5 双站各2次 双基准站

图根（放样） 两次观测点位互差≤5cm ≤7 2 单基准站

碎部点 / ≤10 1 单基准站

注：采用单基准站观测时，必须检测周边已有同等级以上控制点。检测高等级控制点时，其高程互差≤4cm；检测同等级控制点时，其高程互差≤5cm。

2.2 GPS-RTK地形图图根控制测量要求

综合上述技术要求，GPS-RTK方法进行图根控制测量应该满足以下要求：

（1）GPS-RTK基准站至少应联测3个高级控制点；

（2）高级点所构成的平面图形能对相关的RTK流动站点有足够控制面积，并对GPS基准站坐标系统进行有效检核；

（3）进行GPS-RTK测量时，对每个图根控制点均应独立测定两测，在两次测定时应重新对中、置平三角架或对中杆；

（4）两次测定图根点坐标的点位互差不应大于±5cm，符合限差要求后取中数作为图根点坐标测量成果。

3.GPS-RTK地形图测量实例

以浙江省青田县万阜乡地形测量为例，介绍RTK技术在地形测绘中的应用，笔者结合自己在生产实践中的一些经验，谈谈RTK技术在地形图测绘实际操作中的一些注意事项，和传统地形图测绘相比的优点。

4.1 测区及任务概况

青田县万阜乡位于青田县西南部，该项任务主要是测量万阜乡政府所在地及周边几个村的地形图，需要测量的面积约4平方公里，比例尺为1：500。为了加快工程进度，在做完测区的首级控制后，采用了全站仪地形测量和RTK地形测量同时进行。

4.2 收集资料和使用仪器

项目前期共测四等GPS控制点5个，GPSⅠ级点26个， 三等水准点4个，为RTK地形测量提供了一个很的基础条件。本次测量采用的是拓普康Hiper pro型RTK，标称精度平面为±(5mm+1ppm×D)，高程为±(10mm+1ppm×D)，集成程度高，基准站和流动站的电池和电台均为内置，操作简单。

4.3 采用系统

平面坐标系统采用北京54坐标系，高程采用1985年国家高程基准。平面投影采用高斯正形投影按3带分带，测区位于东经119º52′,北纬27 º58′，属于40带，中央子午线为120 º。

GPS RTK测量在WGS-84坐标系中进行，而实际工程测量和定位的在北京54坐标系中进行的，它们之间存在坐标转换问题。计算转换参数至少需要3个以已知点，且分别有WGS-84地心坐标、北京54坐标，该点最好选在测区四周及中心，均匀分布，能有效地控制测区。为了检验转换参数的精度和可靠性，最好能利用最小二乘法，选3个以上的点求解转换参数。

4.4野外测量

利用GPS RTK协同全站仪进行数字化测图的作业流程如图1所示。其中，利用RTK技术既可测量图根点，又可测量碎部点。

 

4.5实地检验及精度分析

待所有外业和内业工作完成以后，带着全站仪、测距仪或皮尺到测区进行实地检查。根据地形图测量规范，要求图根点对于最近控制点的平面位置中误差不得大于图上0.1mm,对于1:500地形图而言,换算为实地点位误码差为5cm,而RTK测点的点位误差为1.5cm～3cm,完全满足精度要求。碎部点对于临近图根点平面位置中误差不大于图上0.6 mm，同样满足精度要求。

5.RTK与全站仪数字化测图比较

RTK数字化测量与全站仪数字化测图的比较如表2所示。

表2 RTK与全站仪数字化测图比较

序号 项目 RTK数字化测图 全站仪数字化测图

1 测区控制测量 不需布设常规测量控制网，只要通过GPS静态联测高等能级点来设测区控制点即可 一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制点,然后依据加密的控制点,布设图根控制点

2

外业人员配置 一般由2人完成,其中1人看守基站,1人持流动站观测,并绘工作草图 现场成图:一般配置1位观测员、1位绘图员、1～2位跑尺员。事后成图：至少需2人，1位观测员，1位跑尺并绘草图

3 成图方式 采取事后成图方式 即可事后成图，也可现场成图

4 通视性 基准站与观测碎部点的RTK流动站间只要电磁波通视即可,不需几何通视 要求测站点与碎部点必须几何通视

5 作业距离 RTK的作业半径可达5～20km,不存在看不清楚而降低测量精度或出错情况 受全站仪最测程影响；当超出1.5km后会因成像不清楚而降低作业精度

6 误差积累 不会积累,单人即可操作 会积累，支点搬站过多，仪器对中和整平精度不高，都会造成误差

7 气候影响 不受天气影响,靠卫星定位,全天候作业 受天气影响，雾天阴雨天不能作业

8 独立性 全完独立,基准站与流动站相对独立,工作重点在流动站工作终端,1人手持流动站即可独立作业 需要协同作业，测站和镜站必须配合作业，测量时用对讲机协作

6.结束语

RTK数字化测图与全站仪数字化测图相比，具有作业距离长、人员配置少、通视要求低、误差不累积、实时提供经过检验的成果资料，无需数据后处理。拥有彼此不通视条件下远距离传递三维坐标的优势，并且不像全站仪测量那样产生误差累积，定位精度高，数据安全可靠。在数字化测图中，采用RTK技术数字化测图与全站仪协同作业效果将更佳。

参考文献

[1] 孟 煌. GPS实时RTK测量技术及其应用．华南农业大学学报,2006(4):98-99.

[2] 杨永平、洪绍明、段德磊. GPS RTK技术在数字化测图中的应用．铁道勘察, 2008(2):10-13.

[3] 潘正风、杨正尧、程效定.数字化测图原理与方法.武汉大学出版社，2004