GPS-RTK与全站仪结合在测绘地形图中的应用_全站仪地形图测绘步骤
时间：2019-05-17 03:29:00 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要： 本文介绍了GPS-RTK测量技术的基本原理及特点，结合实际工程，详细说明了如何将RTK技术和全站仪相结合，发挥各自的优势来提高数字化测图的效率和速度。最后指出了RTK技术的局限性及在工程应用中的注意事项。
关键词：GPS ，RTK测量， 全站仪 ，数字化测图
Abstract: this paper introduces the gps-rtk measuring technology GPS the basic principle and characteristics, combined with the practical project, the detail of how a RTK technology and combining tachometer, bring their own advantages to improve the efficiency of the digital mapping and speed. At last, it points out that the limitations of RTK technology and in engineering application of the matters needing attention.
Keywords: GPS, RTK measurement, tachometer, digital mapping
中图分类号： P217 文献标识码：A文章编号：
一、引言
时代的高速发展，使得全站仪完全代替经纬仪和测距仪，成为地形图采集的主要仪器，并在传统的大比例尺数字化测图中得到充分应用。辅以配套的数字化测图系统软件，提高了作业效率。但图根控制点布设都是通过导线测量或者静态GPS测量，花费相当的时间和精力。近几年，随着GPS-RTK技术的不断发展和完善，在测量工作中的应用越来越多。应用RTK技术来布设图根控制点，在作业精度和作业效率上都具有明显的优势。由于需要接收卫星信号并通过无线电传输设备数据，RTK技术受卫星状态、测区周围障碍物、大面积水域、其它无线电波等因素的影响十分明显，所以直接利用它来测图效率不一定令人满意。考虑到以上情况，将二者结合起来，利用各自的优势进行数字化测图，有效地提高了作业效率和速度。
二、RTK基本原理
RTK测量技术即实时动态测量技术，是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程中的一个标志，它由三部分组成，即基准站接收机、数据链、流动站接收机。
RTK工作原理是：在已知高等级点上或任意点上（基准站）安置一台GPS接收机，对所有可见卫星进行连续地观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接受基准站传输的数据，然后流动站借助于数据处理程序将观测数据和基准站数据组成差分观测值，并进行实时处理，解算其三维坐标。
三、在工程中的应用
1、工程概况
大唐国际庄河核电厂1:1000陆域地形图测绘工程是为大唐国际庄河核电厂的总体规划、可行性研究阶段的总平面布置提供地形资料，同时为可行性研究阶段的环境影响评价、地质调查、岩土工程勘察和水工构筑物的布置等提供相关的基础资料。本次陆域地形测量除大面积的陆地以外还有一小部分在海岸线以下，测区面积3.6㎞2。测区东、西、南三面濒临黄海，陆地是起伏的丘陵地，沿海岸线边分布着陡崖和较大的斜坡。测区内多为街区式居民地，部分沿海边附近为散列式居民地， 房屋周围树木覆盖较少，通视条件较好；大部分为旱田，一小部分平坦地区是水田，沿海边修建了大规模的水产养殖场。考虑到测区的实际情况，我们决定采用GPS-RTK和全站仪相结合的方法。
2、作业过程
（1）、求定测区的转换参数
GPS-RTK测量是在WGS84坐标系中进行的，而测区的坐标系统为北京54坐标系，它们之间存在坐标转换问题。因此，首先要求出测区的转换参数。计算测区的转换参数，至少需要2个以上的点分别有WGS84地心坐标和北京54坐标，该点最好选在测区的四周及中心，均匀分布，能有效控制测区。
测区内国家等级三角点有2个，分布状况较好，利用这两个点进行GPS-RTK测量能够控制整个测区，满足测图的精度要求。由于2个三角点位于山顶，不方便GPS-RTK测量的检核校正。为此利用了测区内和测区外的国家级三角点4个，采用静态测量的方法在测区布设了5个四等GPS控制点和4个一级GPS控制点，分布在测区的四周及中心，以达到控制整个测区的目的。通过解算求出这些点的WGS84坐标和北京54坐标，在流动站GPS接收机上利用求得的控制点的WGS84坐标和北京54坐标，求取它们之间的转换参数。
（2）、基准站的设置和检核
基准站的设置是GPS-RTK测量顺利进行的关键点之一，在一般的地形条件下，高质量的RTK设站可以覆盖大约5㎞半径的测区，可以大大减少传统测量中仪器迁站的次数，节约了时间。基准站应满足下列条件：
可以是已知的控制点，也可以是任意点。
地势较高且交通方便，四周通视条件好、开阔，电磁波干扰比较少，有利于卫星号的接收和数据链的发射。
周围没有大片的水域或者高楼，不产生多路径效应。
对于本次工程，由于测区三面临海，是丘陵地形，所以我们在测区内离海边有一定距离的地势较高突出的任意点上架设基准站。启动基准站，采用基准站电台发射的作业模式，然后打开流动站接收机，查看是否接收到基准站的数据信号。然后采集测区周边及内部的5个有已知成果的GPS控制点求取测区的转换参数，再采集其它已知点坐标检核GPS-RTK成果的精度。检验结果见下表：
从表中可以看出利用RTK测得的坐标与静态测量解算的坐标相差5mm左右，高差有8mm，证明求得的转换参数设置正确，可以进行图根控制点的测量。
（3）图根控制点的布设和测量
由于RTK测量具有很大的灵活性，不需要两点通视，也没有误差的累计，只要能够接收到基准站的电台信号和有效地卫星信号，即可在平面上达到厘米级地精度。本次工程采用的仪器的标称精度指标为：平面1cm+1ppm；高程为2cm+1ppm。仪器技术指标均优于规范和设计的要求。
由于居民地内观测环境和条件不利于GPS-RTK测量的展开，采用全站仪测量的方式能够提高成图的精度，因此为满足测图需要，施测了GPS图根控制点。为了检核RTK测量精度，一般布设图根点都是3个点一组，并且互相通视。本次工程GPS-RTK实际作业半径为2Km，通过七参数测量图根点。对于每个图根点均进行同一参考站和不同参考站下的两次独立测量，其点位较差最大为1cm，高程较差最大为3cm。图根点点名以〝T〞为点名开头字母，采用流水编号。
（4）GPS-RTK测图和全站仪测图
①GPS-RTK测图
使用GPS-RTK测绘居民地外围的地形地貌，转换参数采用重合点求七参数的方法进行。测图前，对转换参数的精度、可靠性进行分析和实测检查。检查点分布测区中部和边缘。把基准站设在测区内地势较高突出的地方，采用基准站电台发射的作业模式，以求在最大范围内发挥作业优势。在有效检核的基础上，我们充分发挥了GPS-RTK的作业半径大、流动性强、不受通视条件的限制特点， 精确采集了地形地貌特征点，能准确反映测区现状。尤其对于退潮后的海滩测量更有优势，在全站仪不方便架设在泥地和光滑的岩石表面及作业距离较远的情况下，GPS-RTK技术体现了它的灵活性。
②全站仪测图
由于在居民地房屋角下、海边陡崖及大的斜坡下， GPS-RTK在高仰角和多路径反射情况下接收不到有效卫星和电台信号，不能采集到数据，因此要采用全站仪测绘地物及地形点坐标，弥补了GPS-RTK的不足。在测量时选择较远的图根点作为测站定向点，并施测另一图根点的坐标和高程，作为测站检核。作业过程中和作业结束前，对定向方位进行检查，减少误差的产生。检测RTK测量的图根点的精度见下表：
点号 RTK反算距离(m) 全站仪测量距离(m) 距离差值(m m)
从表中各通视点的反算距离和全站仪的实测距离的比较，二者的差值非常小，也验证了RTK测量结果的正确性，从而保证全站仪测绘地形图的精度。
四、RTK测量的局限性
通过GPS-RTK的技术，在大面积的空旷区域测绘地形图可以极大的提高测量的效率和速度，对全站仪测绘地形图由于多次迁站而产生精度误差和时间耗费上都是一个改进。但在实际应用中，我们也发现了GPS-RTK技术存在的局限性，只有了解了这些才能够在今后的工作中扬长避短。主要表现在以下2个方面：
1、卫星状况的影响。在房角下、陡崖及大的斜坡下，接收不到有效地卫星信号，无法求出固定解，所以应避开这些地方，采用全站仪等其它的测量手段进行。
2、基准站电台发射功率的影响。电台发射功率的大小，限制了基准站和流动站之间信号的传播，也限制了基准站和流动站的距离，RTK测量的精度也随着基准站与流动站距离的增长逐步降低。在居民地内，受障碍物反射的无线电信号的影响接收不到电台，所以还要用全站仪施测。
五、结束语
目前，GPS-RTK技术已经广泛应用于1：2000和1:1000比例尺数字化测图领域，尽管该技术在实际测量中还存在一些不足，但随着科技的发展，特别是CORS系统的建立及网络技术的完善和发展，在工作中尽可能的避开其短处，充分发挥它的长处，我们就能够利用该技术提高测量的效率和精度。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
