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摘要：本文基于笔者多年从事工程测量的相关工作经验，以沈阳市某镇工程测量项目为研究背景，分析了RTK技术在城镇工程测量方面的应用情况，探讨了RTK与全站仪联合数据采集在地形图测绘方面的优越性，并对其精度进行了分析。全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。
关键词：RTK 测量 精度
中图分类号：TB22文献标识码：A文章编号：1674-098X(2012)03(b)-0000-00
GPS—RTK具有全天候、无需通视、定位精度高、测量时间短等优点,全站仪具有快速、高效、准确、轻便的特点。两者在测量领域都具有广泛的应用前景。RTK与全站仪联合数据采集,集合了两种测量方法的优点,减轻了测绘人员的工作强度,提高了效率和测绘精度,尤其在地形复杂的区域,联合数据采集更显示了不可替代的优越性。
本文介绍了沈阳市某镇土地整理项目中采用RTK与全站仪联合数据采集在地形图测绘方面的应用情况。
1 RTK与全站仪数据采集基本原理
1.1 GPS-RTK工作原理
GPS—RTK技术即实时载波相位差分技术，是实时处理两个测点载波相位观测量的差分方法，它分为两类：差分法和修正法。差分法是将基准站采集的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标；修正法是将准站载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的载波相位。基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H。坐标差加上基准站坐标得到每个点的WGS-84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标X, Y和海拔高H。
基准站和流动站同时接收到5颗或5颗以上卫星信号以及基准站发出的差分信号；基准站和流动站要连续接收卫星信号以及流动站能接基准站发出的差分信号。即移动站迁站过程中不能关机、不能失锁,否则RTK须重新初始化；基准站要选在地势较高，交通方便，周围无高度角超过10°的障碍物，有利于卫星信号的接收和数据链发射的位置；防止数据链丢失及多路经效应的影响，基准站和流动站必须设置在周围无GPS信号反射物(大面积水域、大型建筑物)，无高压线，电视台，无线电发射台等干扰源；流动站安置于周围无高度角超过15°的障碍物，有利于卫星信号和基准站发射无线电信号的接收的位置。
1.2全站仪基本原理
全站仪是全站型电子速测仪的简称,又被称为“电子全站仪”,它是一种兼有自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统。广泛应用于控制测量、地形测量地籍与房产测量、施工放样、工业测量及近海定位等的电子测量仪器。测量时用仪器照准棱镜，通过望远镜成像，然后经过仪器内装识别器，将信号进行放大和数字化后，即可得到读数值。
如图1所示,将全站仪安置于测站点A上,选定三维坐标测量模式后,首先输入仪器高h,目标高i以及测站的三维坐标值(XA,YA,HA)；然后照准另一已知点B设定方位角；接着再照准目标点P上的反光镜；按坐标测量键,仪器就会按下式利用自身内存的计算程序自动计算并瞬时显示出目标点P的三维坐标值(XpYp,Hp)。
式中：S为仪器至反射棱镜的斜距；α为仪器至反射棱镜的竖直角；θ为仪器至反射棱镜的方位角。
图1. 全站仪碎部数据采集示意图
2 RTK与全站仪联合数据采集应用实例
2.1测区概况及作业目的
本文以RTK与全站仪联合数据采集在沈阳市某镇土地整理项目中地形图测绘上的应用情况为例。
测区内大多是旱地，农业种植以粮食作物、大棚蔬菜和果树为主；村庄周围有大量村边林和成片果园，几个村庄由于是蔬菜种植专业村，村庄周围及旱地里90%都是2米余高的温室大棚，这些都给测量工作带来诸多不便。本次作业目的是为该镇土地整理项目的规划设计提供前期的规划图件资料和土地利用现状的数据资料。
2.2资料及仪器准备
项目开工前，收集到项目区的1：10000土地利用现状图，可以作为野外测量的参考；测区内及附近的3个GPS C级控制点，为沈阳市勘测院2007年建立，保存完好，精度满足要求，以该3个C级点为起算点建立首级控制，用GPS-RTK技术布设首级控制网点。
本次地形图测量采用的仪器有：Topcon GPS接收机，主要用于前期的控制点布设和碎部数据采集；Topcon GTS 3套，主要用于碎部数据采集，同时根据需要从GPS控制点布设较低级别的控制点。作业前所有仪器均经过专业部门检测、校正,性能和精度均符合标称精度,能够满足本次测绘的精度要求,可以使用。
2.3野外测量
2.3.1控制测量
首级控制网采用GPS静态定位，布设整个测区，以便于控制网的加密及数字化测图。由于测区范围较大，我们为了能满足测量精度及后期工程施工的需要，共在测区内布设GPS点6个作为首级控制点。
在首级GPS控制网的基础上，利用RTK进行了图根点的测绘,并用全站仪进行了部分导线测量,以便进行检查和碎部点测量。在本次测量中,点位设置除了顾及方便测图使用和便于RTK操作外,还需满足RTK测量对外界观测条件的特殊要求：基准站的设置应尽量避开高压线、高大建筑物、高密的树林、大面积水域、远离强电磁波发射源等。为了增大基准站无线电发射的距离,要尽可能把基准站放在地势较高、开阔的地方；对RTK所测图根点在全站仪使用时进行检查,以保证图根点的精度。
2.3.2碎部测量
该镇土地整理项目测区内有大量的果园，村庄边有大量的村边林及部分村庄有大量的温室大棚等因素，造成通视条件较差。同时由于该项目时间紧、任务重，单纯用常规全站仪测量方法来施测工作效率太低,完全采用RTK进行碎部采集虽然效率高，但由于对工作环境有要求，部分地区存在信号盲区，因此在测量时,采用RTK与全站仪联合测量,取长补短，以确保能高质量、高效率地按时完成该项目。
全站仪与RTK在同一区域联合测量,根据实地情况分工进行碎部点的数据采集。利用RTK技术的优势,进行道路、河流、独立地物及高程点等的测量；全站仪主要利用首级控制点以及RTK加密的图根点测量影响RTK信号的有大量村边林的村庄外围线、RTK信号盲区地物、地类界等。每天外业结束,将全站仪及RTK野外采集数据导出至笔记本电脑,统一转换成*.dat数据格式,在南方cass7.0中展点,根据野外绘制草图或编码进行数字化成图,最后对地形图进行整饰和精度检查。
2.4精度分析
为了检核RTK测量精度,与静态GPS测量进行了比对,以首级GPS控制网的平面点位与GPS C级点联测的高程值为真值进行对比分析。对6个首级GPS控制点进行了RTK测量,最大平面点位中误差为±0.024m,最小为±0.015;最大高程误差为0.023,最小为0.015m。表1列出部分点位精度比较结果。
表1.控制点位精度比较
1:500 1:1000 1:2000外业数字测图技术规程（GB/T 14912-2005）中规定：丘陵、平原地区地形图图上地物点平面位置精度应满足：
表2.地物点平面位置精度
根据以上数据精度分析,所测图根控制点可以用来进行全站仪碎部测量,精度完全满足测图需要，而且误差分布均匀，不存在误差累积问题。
3结语
RTK与全站仪联合数据采集, 避免了单纯的全站仪测量容易受到地形、植被覆盖等诸多因素的影响和RTK测量中卫星接收和外界干扰的问题,互补优缺,大大提高了作业效率。因此,将两者有机结合,充分发挥各自优点,对加快工程进度,具有很大的实际意义。本文案例将为从事相关工作的工程和技术人员提供有益借鉴。
参考文献
[1] 徐绍铨,张华海,等. GPS测量原理及应用.武汉:武汉大学出版社,2003
[2] 聂上海,段立琼.GPS-RTK技术在数字化地形图的应用试验[J].测绘通报, 2005, (3): 30-31
[3] GB/T14912-20051∶500,1∶1000,1∶2000外业数字测图技术规程
关键词：RTK 测量 精度
中图分类号：TB22文献标识码：A文章编号：1674-098X(2012)03(b)-0000-00
GPS—RTK具有全天候、无需通视、定位精度高、测量时间短等优点,全站仪具有快速、高效、准确、轻便的特点。两者在测量领域都具有广泛的应用前景。RTK与全站仪联合数据采集,集合了两种测量方法的优点,减轻了测绘人员的工作强度,提高了效率和测绘精度,尤其在地形复杂的区域,联合数据采集更显示了不可替代的优越性。
本文介绍了沈阳市某镇土地整理项目中采用RTK与全站仪联合数据采集在地形图测绘方面的应用情况。
1 RTK与全站仪数据采集基本原理
1.1 GPS-RTK工作原理
GPS—RTK技术即实时载波相位差分技术，是实时处理两个测点载波相位观测量的差分方法，它分为两类：差分法和修正法。差分法是将基准站采集的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标；修正法是将准站载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的载波相位。基准站实时地将测量的载波相位观测值、伪距观测值、基准站坐标等用无线电传送给运动中的流动站，流动站通过无线电接收基准站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站坐标差△X、△Y、△H。坐标差加上基准站坐标得到每个点的WGS-84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标X, Y和海拔高H。
基准站和流动站同时接收到5颗或5颗以上卫星信号以及基准站发出的差分信号；基准站和流动站要连续接收卫星信号以及流动站能接基准站发出的差分信号。即移动站迁站过程中不能关机、不能失锁,否则RTK须重新初始化；基准站要选在地势较高，交通方便，周围无高度角超过10°的障碍物，有利于卫星信号的接收和数据链发射的位置；防止数据链丢失及多路经效应的影响，基准站和流动站必须设置在周围无GPS信号反射物(大面积水域、大型建筑物)，无高压线，电视台，无线电发射台等干扰源；流动站安置于周围无高度角超过15°的障碍物，有利于卫星信号和基准站发射无线电信号的接收的位置。
1.2全站仪基本原理
全站仪是全站型电子速测仪的简称,又被称为“电子全站仪”,它是一种兼有自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统。广泛应用于控制测量、地形测量地籍与房产测量、施工放样、工业测量及近海定位等的电子测量仪器。测量时用仪器照准棱镜，通过望远镜成像，然后经过仪器内装识别器，将信号进行放大和数字化后，即可得到读数值。
如图1所示,将全站仪安置于测站点A上,选定三维坐标测量模式后,首先输入仪器高h,目标高i以及测站的三维坐标值(XA,YA,HA)；然后照准另一已知点B设定方位角；接着再照准目标点P上的反光镜；按坐标测量键,仪器就会按下式利用自身内存的计算程序自动计算并瞬时显示出目标点P的三维坐标值(XpYp,Hp)。
式中：S为仪器至反射棱镜的斜距；α为仪器至反射棱镜的竖直角；θ为仪器至反射棱镜的方位角。
图1. 全站仪碎部数据采集示意图
2 RTK与全站仪联合数据采集应用实例
2.1测区概况及作业目的
本文以RTK与全站仪联合数据采集在沈阳市某镇土地整理项目中地形图测绘上的应用情况为例。
测区内大多是旱地，农业种植以粮食作物、大棚蔬菜和果树为主；村庄周围有大量村边林和成片果园，几个村庄由于是蔬菜种植专业村，村庄周围及旱地里90%都是2米余高的温室大棚，这些都给测量工作带来诸多不便。本次作业目的是为该镇土地整理项目的规划设计提供前期的规划图件资料和土地利用现状的数据资料。
2.2资料及仪器准备
项目开工前，收集到项目区的1：10000土地利用现状图，可以作为野外测量的参考；测区内及附近的3个GPS C级控制点，为沈阳市勘测院2007年建立，保存完好，精度满足要求，以该3个C级点为起算点建立首级控制，用GPS-RTK技术布设首级控制网点。
本次地形图测量采用的仪器有：Topcon GPS接收机，主要用于前期的控制点布设和碎部数据采集；Topcon GTS 3套，主要用于碎部数据采集，同时根据需要从GPS控制点布设较低级别的控制点。作业前所有仪器均经过专业部门检测、校正,性能和精度均符合标称精度,能够满足本次测绘的精度要求,可以使用。
2.3野外测量
2.3.1控制测量
首级控制网采用GPS静态定位，布设整个测区，以便于控制网的加密及数字化测图。由于测区范围较大，我们为了能满足测量精度及后期工程施工的需要，共在测区内布设GPS点6个作为首级控制点。
在首级GPS控制网的基础上，利用RTK进行了图根点的测绘,并用全站仪进行了部分导线测量,以便进行检查和碎部点测量。在本次测量中,点位设置除了顾及方便测图使用和便于RTK操作外,还需满足RTK测量对外界观测条件的特殊要求：基准站的设置应尽量避开高压线、高大建筑物、高密的树林、大面积水域、远离强电磁波发射源等。为了增大基准站无线电发射的距离,要尽可能把基准站放在地势较高、开阔的地方；对RTK所测图根点在全站仪使用时进行检查,以保证图根点的精度。
2.3.2碎部测量
该镇土地整理项目测区内有大量的果园，村庄边有大量的村边林及部分村庄有大量的温室大棚等因素，造成通视条件较差。同时由于该项目时间紧、任务重，单纯用常规全站仪测量方法来施测工作效率太低,完全采用RTK进行碎部采集虽然效率高，但由于对工作环境有要求，部分地区存在信号盲区，因此在测量时,采用RTK与全站仪联合测量,取长补短，以确保能高质量、高效率地按时完成该项目。
全站仪与RTK在同一区域联合测量,根据实地情况分工进行碎部点的数据采集。利用RTK技术的优势,进行道路、河流、独立地物及高程点等的测量；全站仪主要利用首级控制点以及RTK加密的图根点测量影响RTK信号的有大量村边林的村庄外围线、RTK信号盲区地物、地类界等。每天外业结束,将全站仪及RTK野外采集数据导出至笔记本电脑,统一转换成*.dat数据格式,在南方cass7.0中展点,根据野外绘制草图或编码进行数字化成图,最后对地形图进行整饰和精度检查。
2.4精度分析
为了检核RTK测量精度,与静态GPS测量进行了比对,以首级GPS控制网的平面点位与GPS C级点联测的高程值为真值进行对比分析。对6个首级GPS控制点进行了RTK测量,最大平面点位中误差为±0.024m,最小为±0.015;最大高程误差为0.023,最小为0.015m。表1列出部分点位精度比较结果。
表1.控制点位精度比较
1:500 1:1000 1:2000外业数字测图技术规程（GB/T 14912-2005）中规定：丘陵、平原地区地形图图上地物点平面位置精度应满足：
表2.地物点平面位置精度
根据以上数据精度分析,所测图根控制点可以用来进行全站仪碎部测量,精度完全满足测图需要，而且误差分布均匀，不存在误差累积问题。
3结语
RTK与全站仪联合数据采集, 避免了单纯的全站仪测量容易受到地形、植被覆盖等诸多因素的影响和RTK测量中卫星接收和外界干扰的问题,互补优缺,大大提高了作业效率。因此,将两者有机结合,充分发挥各自优点,对加快工程进度,具有很大的实际意义。本文案例将为从事相关工作的工程和技术人员提供有益借鉴。
参考文献
[1] 徐绍铨,张华海,等. GPS测量原理及应用.武汉:武汉大学出版社,2003
[2] 聂上海,段立琼.GPS-RTK技术在数字化地形图的应用试验[J].测绘通报, 2005, (3): 30-31
[3] GB/T14912-20051∶500,1∶1000,1∶2000外业数字测图技术规程