GPS RTK技术在数字地形图测绘中的应用探讨

摘　要：随着世界定位系统——GPS科学的迅猛发展和RTK测量技术的快速成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。通过RTK技术能够在野外测绘时得到厘米级定位精度的测量方法。本文分析了GPS RTK技术在数字地形图测绘的应用，探讨GPS RTK技术在数字地形图测绘中的处理数据的方法，解析了GPS RTK技术在数字地形图测绘中应用的优点，期待本文对于GPS RTK技术在数字地形图测绘中的应用提供一定的参考和依据。

关键词：GPS RTK技术；数字地形图测绘；应用
一、地形图测绘及GPS—RTK技术概要
　　地形图测绘的广泛定义是测定地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置、高程，并且按照一定的比例进行缩小，用符号与标记绘成地形图的相关工作。地形图测绘的狭隘定义是根据已经测定的大地控制点，采用经纬仪视距、平板仪与摄影测量等方法，按照一定符号与图式把地物和地貌以等高线的形式测绘成地形图。
　　目前测绘地形图基本上是采用航空摄影的测量方法，利用航空像片在室内测图。但面积较小的地形图，或是满足工程建设需求的地形图，则需要使用测量仪在野外测图。
　　传统意义上的地形测量包含控制测量与碎部测量两种，控制测量指测定一定数量的平面与高程控制点，是地形测图的依据。平板仪测图控制的测量分为首级控制的测量与图根控制的测量。首级控制测量以大地控制点作为基础，用三角测量或者导线测量的方法在整个测定区域内测定一些精度高且分布均匀的控制点。图根控制的测量是在首级控制之下用小三角测量方法和交会定点方法等加密来满足测图需要的控制点。图根控制点的高程常用三角高程或水准两种测量方法测定。
　　碎部测量指测绘地物、地形的作业。地物特征点和地形特征点统称为碎部点。碎部点的高程常用视距测量法来测定。按所用的不同仪器，分为平板仪测图方法、经纬仪与小平板仪联合测图法、经纬仪测图法等。这些方法的作业过程大致相同。测图前把绘图纸固定在测图板上，在图纸上画出坐标格网，绘出图脚点与所有的控制点，经正确检核、确认点位后进行测图。
　　测量技术在不断发展，测绘手段也取得长足进步。测绘仪器从原始工具到经纬仪，水准仪，测距仪，全站仪等，到最新的超站仪和三维激光扫描仪。现在GPS技术在地形测量中开始广泛应用。
　　RTK测量系统主要由基准站，流动站与数据链共同组成，建立无线的数据通讯保证实时、动态的测量，原理是取精度高的首级控制点为基准点，安放接收机成为参考站，连续观测卫星。流动站上的接收机在接收卫星信号后通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，流动站上的计算机依据相对定位原理实时计算、显示出流动站的三维坐标与测量精度。这样用户可以实时监测待测点的精度指标，确定观测的时间，减少冗余观测，提高其工作效率。
二、常规地形图测绘与GPS?RTK技术
　　常规地形图测绘的方法是先布设控制网点，控制网通常是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点。依据加密控制点和图根控制点，测定地物点、地形点后，按照一定的规律和符号在图上绘制位置。
　　应用RTK技术定位时要求，基准站接收机把观测数据时传输给流动站GPS接收机，流动站马上迅速地求解整周的模糊度，在观测到卫星后实时求解出厘米级的流动站动态位置。这与静态定位需要事后处理相比，定位效率大大提高。故RTK技术开始在测量中应用就立刻受到人们青睐。
三、GPS RTK技术在数字地形图测绘中的应用
　　　GPS-RTK技术控制数字地形图测绘能马上就知道定位结果和定位精度，应用RTK技术实时定位可达厘米级精度，因此除高精度的控制测量仍采用CPS静态相对定位技术外，RTK技术在数字地形图测绘中的控制测量、线路中边线测、地籍和房地产测量中的控制测量和界址点点位的测量都有普遍的应用。
　　用RTK技术测图时，只需要一个人背着仪器在要测定的碎部点上停步一、二秒钟，输人特征编码，用电子手簿或便携微机进行记录，在点位、精度符合要求的情况下，将一个区域内的地形地物点位测定后，由专业测图软件输出所要求的地形图。
四、RTK技术在数字地形图测绘中的关键
　  在地形测量中用RTK定位时，基准站把观测值和测站已知的坐标通过数据链发送到移动站，移动站采集、观测数据，通过数据链收到基准站的数据，在移动站上形成差分观测值，实时计算出移动站厘米级精度坐标。RTK的关键技术主要有：
（一）RTK系统采取快速算法，快速、准确地求解出整周模糊度。常用方法有：模糊度函数法、FARA法与组合搜索技术。有时候因初始过程中产生的误差导致产生不可靠的整周模糊度求解的结果。这就需要控制RTK的成果质量。
（二）RTK定位要求基准站可以实时地向移动站发送信息。一般数据传输的速度不低于9?600?hit。数据链拉得远就能减少设立参考点，避免频繁转站；数据链稳健，初始化运行时间明显减少，提高工作效率。
（三）RTK测量在WCS-84坐标系中进行，区测量在80坐标或54坐标上进行，RTK技术用于实时测量。要求给出80坐标或者是54坐标。因此坐标转换十分重要。在数字地形图测绘中经常应用当地任意坐标，使用平面转换与高程拟合的方法。高程拟合分为曲线拟合，平面拟合与曲面拟合等多个模型。为提高精度，最好选两个以上均匀分布于测区的点，利用最小二乘法来求解转换参数，有效控制测区及保证足够精度。
（四）选择、建立参考点。参考点位置应满足的条件是已知点应该在地势较高且交通方便，天空开阔，远离障碍物，利于接收卫星信号和发射数据链的位置。为防止数据链丢失及多路径效应的影响，周围应远离发射物、高压线、电视台、无线电发射台、微波台等干扰源，选择土质坚实、不易破坏的位置。
五、GPS?RTK在矿区数字地形图测绘中的应用
　　地形测量中应用RTK技术测定每一地形地物点以及测绘地形图。实时测定一些地物点的位置，将获得数据处理后直接录入GPS定位系统，可及时、精确地获得地形图。但在影响接收GPS卫星信号的遮蔽地带，如矿区等，应使用全站仪，测距仪，经纬仪等测量工具，使用解析法/图解法进行细部测量。下面阐述GPS—RTK在矿区地形测量中的应用。
（一）测区位于河道带状测区，周围有密集的工业区建筑和居民建构筑物，地形起伏大，因为多年开采煤炭资源，大量煤研石堆积在上游周边山坡，矿区内植被破坏，地表裸露且水土流失严重。
　　测量的分布 区域的河道两边地形复杂，通视条件差，采用常规测量手段施测十分困难。采用GPS—RTK测量技术作为本测区地形地物点坐标的实测技术手段，在充分调研论证并通过试验检测认证的基础上全面实施测试。 （二）作业方法、精度分析
1、选取精度高的城市基本控制网点作为RTK测量工作的基准：在试用、试验阶段，针对选用GPS仪器接收高质量、清晰的基准站发出数据。以此数据作为参考数据，选定分布于该测区的三维控制点，利用控制点的坐标系计算出用于CPS—RTK测量的坐标转换参数。
2、选取GPS?—RTK定位精度试验：选用一个GPS—?RTK测量的基准网点，架设起RTK基准站，流动站在离基准站5公里的范围内，采用静态测量技术、全站仪测量技术测量道路地物点坐标，将共测量结果、已知成果与RTK测量结果比较。
3、比较数据可以得出RTK测量结果与其他测量技术获取的测量结果互差都在厘米级，可以认为GPS?—RTK测量结果的点位精度达到厘米级，且各点位之间不存在误差。
结语：
　　应用GPS?—RTK技术使得数字地形图测绘的精度、效率和实时度达到最佳，随着数据传输能力的增强，数据的稳健性、抗干扰性水平、软件水平的提高及传输距离的增加，GPSR—TK技术将在数字地形图测绘中得到更广阔的应用。
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