GPS-RTK在地形测量中的应用

随着科学技术的飞速发展, GPS技术的广泛应用, 使我们的测绘工作涉及的领域进一步增加, 包括陆海空等全球各个角落。近年来GPS RTK技术的开发和应用, 使得我们测绘工作更加便利, 应用的领域更加广泛。

我院于2005年6月至7月间承担了一项1∶1000的地形测量工作, 该测区位于某海岸, 靠海一侧为几十米的悬崖, 测区内多为2米多高的灌木丛, 地物较少, 通视条件极为困难, 控制点布设都很困难, 更别说测图了。为此我们决定, 采用RTK进行地形点的数据采集。

坐标系统为大连城市坐标系统 (中央子午线为121.5度) , 高程为大连港筑港高程系。测区内有一级导线点两个, 二级导线点6个, 控制点的高程均为四等水准高程。

1 工作原理

RTK技术是将一台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行不间断观测, 将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上, 再通过基准站电台发射出去;流动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时, 也通过流动站电台接收由基准站电台发射的信号, 经解调得到基准站的载波相位观测量;流动站的GPS接收机再利用OTF (运动中求解整周模糊度) 技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度, 最后求出厘米级精度流动站的位置。这种测量方法的关键是求解起始的整周模糊度, 即初始化, 并始终保持。因此, RTK测量除了要求有足够数量的卫星和卫星具有较好的几何分布外, 还要求基准站与流动站之间的数据通讯必须良好。

2 作业方法的选择与GPS的设置

2.1 投入的设备

本次测量采用GPS RTK设备共3台套 (1+2) , 为日本Topcon Legacy-E型主机标称精度:静态为3+1ppm;动态为10+2ppm。美国PCC公司PDL电台 (2W~35W) 作为数据链, 数据采集为英国TDSWinCE手簿, 以及相应的配套软件。

2.2 作业方法选择

RTK作业一般可采用两种方法, 一是一点法, 即在基准站上直接测定G W S-8 4坐标, 然后将控制点的坐标直接输入到基准站主机内, 在流动站设置时将基准站的坐标及转换参数Get到流动站手簿中。二是三点法, 即分别将三台仪器在三个已知点上进行观测 (按静态观测要求) , 采集一套GWS-84坐标, 然后利用坐标参数转换软件 (手簿中已有) 求出大地坐标与GWS-84坐标的转换参数 (尺度比、平移量、旋转角等, 简称求“七参”) 。本次测量采用的是一点法。

2.3 数据链覆盖范围

在测区内已知点设置基准站, 基准站的电台天线应尽量架设的高一点, 天线的高低将直接影响数据链的传输, 也就是RTK的作用距离和作业效率, 电台的作用距离可按式 (1) 计算。

式中h1和h2分别为基准站和流动站的天线高, 单位为米;

D为数据链覆盖范围的半径, 单位为km。

由于本次测绘面积大约为两平方左右, 测区最远直径也就3km。所以基准站天线架设在角架上即可高度约2.5m。流动站为在人身上背的, 高度约为2.0m。因此根据式 (1) 计算出作用距离为12.677km。这个距离是要在测站间无任何遮挡的情况下理论数据。实际作业中该数据链作用距离要小于理论距离, 但完全可满足本次工作的需要。

2.4 基准站的设置

基准站应尽量选择在测区高处, 按常规方法架设仪器。

(1) 准备工作 (编辑CS5文件, 主要包括中央子午线, Y坐标加常数, 曲率半径, 扁率等) ; (2) 建立工作项目 (工程名称) ; (3) GPS状态设置 (设置测量模式为RTK) ; (4) 设置GPS为基准站 (Base Setup) ; (5) 基准站基本数据输入 (数据传输端口设置、卫星截止高度角、天线高、选择基准站点号) 。

上述设置当更换新的基准站时, 将新的点号、天线高更新一下就可以了。

2.5 流动站的设置

(1) 准备工作 (编辑CS5文件, 主要包括中央子午线, Y坐标加常数, 曲率半径, 扁率等) ; (2) 建立工作项目 (工程名称) ; (3) GPS状态设置 (设置测量模式为RTK) ; (4) 设置GPS为流动站 (Rover Setup) ; (5) 流动站基本数据输入 (数据传输端口设置、卫星截止高度角、天线高、Get基准站坐标高程数据) 。

上述设置当更换新的基准站时, 将新的基准站坐标高程数据Get到流动站即可, 其他设置不变。

3 数据采集

数据采集相对于准备工作来说就很简单了, 首先要在已知点上进行观测, 本次测量在多个已知点上进行了检查, 检查结果见表1。

观测时两人一组, 一般基准站可不设人, 一人观测 (测工即可) , 另一人画草图 (绘图员) , 观测结果直接存贮在手簿中。一般卫星状况好, 2s~3s可采集一组数据, 最长时也就1min~2min采集一组数据。作速度快, 成果可靠, 绘图员现场描绘, 对地形地物描绘准确, 随走随测。直接显示坐标和高程。回到内业后直接将坐标数据传到计算机中成图。

4 结语

几年前由于GPS价格因素, 各测绘部门购买G P S的不是太多, 特别是R T K的配置就更少了。近年来由于GPS RTK的国产化, GPS的价格也大幅度地下降。很多单位都购买了GPSRTK, 也使得GPS的应用更加广泛。通过本次测量我认为, 采用GPS RTK进行地形测绘时有很多优点。克服了以往测量员不了解被测区域的实际情况, 现场情况往往通过立尺员口述来描绘;解决了被测点与测站间的通视问题, 基本上不受距离限制;节省了人力和作业时间;一个基准站可同时有多个流动站同时作业。

摘要：由于在地形测量中小型灌木丛的影响, 通视条件困难, 为此我们将GPS时实动态测量应用到地形点的采集中, 克服了通视困难, 同时又解决了布设图根控制点的问题, 提高了工作效率。

关键词：地形测量,RTK-GPS实时动态