摘 要：本文基于筆者多年從事工程測(cè)量的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，以西安市某鎮(zhèn)工程測(cè)量項(xiàng)目為研究背景，分析了RTK技術(shù)在城鎮(zhèn)工程測(cè)量方面的應(yīng)用情況，探討了RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集在地形圖測(cè)繪方面的優(yōu)越性，并對(duì)其精度進(jìn)行了分析。全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的理論升華，相信對(duì)從事相關(guān)工作的同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：工程測(cè)量 RTK 地圖測(cè)繪

中圖分類號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（c）-0037-02

GPS—RTK具有全天候、無(wú)需通視、定位精度高、測(cè)量時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，全站儀具有快速、高效、準(zhǔn)確、輕便的特點(diǎn)。兩者在測(cè)量領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集，集合了兩種測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)，減輕了測(cè)繪人員的工作強(qiáng)度，提高了效率和測(cè)繪精度，尤其在地形復(fù)雜的區(qū)域，聯(lián)合數(shù)據(jù)采集更顯示了不可替代的優(yōu)越性。

本文介紹了北京市懷柔區(qū)某鎮(zhèn)土地整理項(xiàng)目中采用RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集在地形圖測(cè)繪方面的應(yīng)用情況。

1 RTK與全站儀數(shù)據(jù)采集基本原理

1.1 GPS-RTK工作原理

GPS-RTK技術(shù)即實(shí)時(shí)載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)點(diǎn)載波相位觀測(cè)量的差分方法，它分為兩類：差分法和修正法。差分法是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)；修正法是將準(zhǔn)站載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的載波相位?；鶞?zhǔn)站實(shí)時(shí)地將測(cè)量的載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無(wú)線電傳送給運(yùn)動(dòng)中的流動(dòng)站，流動(dòng)站通過(guò)無(wú)線電接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信息，將載波相位觀測(cè)值實(shí)時(shí)進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動(dòng)站坐標(biāo)差△X、△Y、△H。坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到每個(gè)點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)X，Y和海拔高H。RTK工作原理見(jiàn)（圖1）所示。

基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收到5顆或5顆以上衛(wèi)星信號(hào)以及基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號(hào)；基準(zhǔn)站和流動(dòng)站要連續(xù)接收衛(wèi)星信號(hào)以及流動(dòng)站能接基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號(hào)。即移動(dòng)站遷站過(guò)程中不能關(guān)機(jī)、不能失鎖，否則RTK須重新初始化；基準(zhǔn)站要選在地勢(shì)較高，交通方便，周圍無(wú)高度角超過(guò)10°的障礙物，有利于衛(wèi)星信號(hào)的接收和數(shù)據(jù)鏈發(fā)射的位置；防止數(shù)據(jù)鏈丟失及多路經(jīng)效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站必須設(shè)置在周圍無(wú)GPS信號(hào)反射物（大面積水域、大型建筑物），無(wú)高壓線，電視臺(tái)，無(wú)線電發(fā)射臺(tái)等干擾源；流動(dòng)站安置于周圍無(wú)高度角超過(guò)15°的障礙物，有利于衛(wèi)星信號(hào)和基準(zhǔn)站發(fā)射無(wú)線電信號(hào)的接收的位置。

1.2 全站儀基本原理

全站儀是全站型電子速測(cè)儀的簡(jiǎn)稱，又被稱為“電子全站儀”，它是一種兼有自動(dòng)測(cè)距、測(cè)角、計(jì)算和數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄及傳輸功能的自動(dòng)化、數(shù)字化的三維坐標(biāo)測(cè)量與定位系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用于控制測(cè)量、地形測(cè)量地籍與房產(chǎn)測(cè)量、施工放樣、工業(yè)測(cè)量及近海定位等的電子測(cè)量?jī)x器。測(cè)量時(shí)用儀器照準(zhǔn)棱鏡，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡成像，然后經(jīng)過(guò)儀器內(nèi)裝識(shí)別器，將信號(hào)進(jìn)行放大和數(shù)字化后，即可得到讀數(shù)值。

如（圖2）所示，將全站儀安置于測(cè)站點(diǎn)A上，選定三維坐標(biāo)測(cè)量模式后，首先輸入儀器高h(yuǎn)，目標(biāo)高i以及測(cè)站的三維坐標(biāo)值（XA，YA，HA）；然后照準(zhǔn)另一已知點(diǎn)B設(shè)定方位角；接著再照準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)P上的反光鏡；按坐標(biāo)測(cè)量鍵，儀器就會(huì)按下式利用自身內(nèi)存的計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算并瞬時(shí)顯示出目標(biāo)點(diǎn)P的三維坐標(biāo)值（XpYp，Hp）。

式中：S為儀器至反射棱鏡的斜距；α為儀器至反射棱鏡的豎直角；θ為儀器至反射棱鏡的方位角。

2 RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集應(yīng)用實(shí)例

2.1 測(cè)區(qū)概況及作業(yè)目的

本文以RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集在北京市懷柔區(qū)某鎮(zhèn)土地整理項(xiàng)目中地形圖測(cè)繪上的應(yīng)用情況為例。

測(cè)區(qū)內(nèi)大多是旱地，農(nóng)業(yè)種植以糧食作物、大棚蔬菜和果樹(shù)為主；村莊周圍有大量村邊林和成片果園，幾個(gè)村莊由于是蔬菜種植專業(yè)村，村莊周圍及旱地里90%都是2米余高的溫室大棚，這些都給測(cè)量工作帶來(lái)諸多不便。本次作業(yè)目的是為該鎮(zhèn)土地整理項(xiàng)目的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供前期的規(guī)劃圖件資料和土地利用現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)資料。

2.2 資料及儀器準(zhǔn)備

項(xiàng)目開(kāi)工前，收集到項(xiàng)目區(qū)的1∶10000土地利用現(xiàn)狀圖，可以作為野外測(cè)量的參考；測(cè)區(qū)內(nèi)及附近的3個(gè)GPS C級(jí)控制點(diǎn)，為北京測(cè)繪院2007年建立，保存完好，精度滿足要求，以該3個(gè)C級(jí)點(diǎn)為起算點(diǎn)建立首級(jí)控制，用GPS-RTK技術(shù)布設(shè)首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)。

本次地形圖測(cè)量采用的儀器有：Topcon GPS接收機(jī)，主要用于前期的控制點(diǎn)布設(shè)和碎部數(shù)據(jù)采集；Topcon GTS 3套，主要用于碎部數(shù)據(jù)采集，同時(shí)根據(jù)需要從GPS控制點(diǎn)布設(shè)較低級(jí)別的控制點(diǎn)。作業(yè)前所有儀器均經(jīng)過(guò)專業(yè)部門(mén)檢測(cè)、校正，性能和精度均符合標(biāo)稱精度，能夠滿足本次測(cè)繪的精度要求，可以使用。

2.3 野外測(cè)量

2.3.1 控制測(cè)量

首級(jí)控制網(wǎng)采用GPS靜態(tài)定位，布設(shè)整個(gè)測(cè)區(qū)，以便于控制網(wǎng)的加密及數(shù)字化測(cè)圖。由于測(cè)區(qū)范圍較大，我們?yōu)榱四軡M足測(cè)量精度及后期工程施工的需要，共在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)GPS點(diǎn)6個(gè)作為首級(jí)控制點(diǎn)。

在首級(jí)GPS控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RTK進(jìn)行了圖根點(diǎn)的測(cè)繪，并用全站儀進(jìn)行了部分導(dǎo)線測(cè)量，以便進(jìn)行檢查和碎部點(diǎn)測(cè)量。在本次測(cè)量中，點(diǎn)位設(shè)置除了顧及方便測(cè)圖使用和便于RTK操作外，還需滿足RTK測(cè)量對(duì)外界觀測(cè)條件的特殊要求：基準(zhǔn)站的設(shè)置應(yīng)盡量避開(kāi)高壓線、高大建筑物、高密的樹(shù)林、大面積水域、遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁波發(fā)射源等。為了增大基準(zhǔn)站無(wú)線電發(fā)射的距離，要盡可能把基準(zhǔn)站放在地勢(shì)較高、開(kāi)闊的地方；對(duì)RTK所測(cè)圖根點(diǎn)在全站儀使用時(shí)進(jìn)行檢查，以保證圖根點(diǎn)的精度。

2.3.2 碎部測(cè)量

該鎮(zhèn)土地整理項(xiàng)目測(cè)區(qū)內(nèi)有大量的果園，村莊邊有大量的村邊林及部分村莊有大量的溫室大棚等因素，造成通視條件較差。同時(shí)由于該項(xiàng)目時(shí)間緊、任務(wù)重，單純用常規(guī)全站儀測(cè)量方法來(lái)施測(cè)工作效率太低，完全采用RTK進(jìn)行碎部采集雖然效率高，但由于對(duì)工作環(huán)境有要求，部分地區(qū)存在信號(hào)盲區(qū)，因此在測(cè)量時(shí)，采用RTK與全站儀聯(lián)合測(cè)量，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以確保能高質(zhì)量、高效率地按時(shí)完成該項(xiàng)目。

全站儀與RTK在同一區(qū)域聯(lián)合測(cè)量，根據(jù)實(shí)地情況分工進(jìn)行碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。利用RTK技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行道路、河流、獨(dú)立地物及高程點(diǎn)等的測(cè)量；全站儀主要利用首級(jí)控制點(diǎn)以及RTK加密的圖根點(diǎn)測(cè)量影響RTK信號(hào)的有大量村邊林的村莊外圍線、RTK信號(hào)盲區(qū)地物、地類界等。每天外業(yè)結(jié)束，將全站儀及RTK野外采集數(shù)據(jù)導(dǎo)出至筆記本電腦，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成*.dat數(shù)據(jù)格式，在南方cass7.0中展點(diǎn)，根據(jù)野外繪制草圖或編碼進(jìn)行數(shù)字化成圖，最后對(duì)地形圖進(jìn)行整飾和精度檢查。

2.4 精度分析

為了檢核RTK測(cè)量精度，與靜態(tài)GPS測(cè)量進(jìn)行了比對(duì)，以首級(jí)GPS控制網(wǎng)的平面點(diǎn)位與GPS C級(jí)點(diǎn)聯(lián)測(cè)的高程值為真值進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)6個(gè)首級(jí)GPS控制點(diǎn)進(jìn)行了RTK測(cè)量，最大平面點(diǎn)位中誤差為±0.024 m，最小為±0.015 m；最大高程誤差為0.023 m，最小為0.015 m。（表1）列出部分點(diǎn)位精度比較結(jié)果。

1∶500，1∶1000，1∶2000外業(yè)數(shù)字測(cè)圖技術(shù)規(guī)程（GB/T 14912-2005）中規(guī)定：丘陵、平原地區(qū)地形圖圖上地物點(diǎn)平面位置精度應(yīng)滿足（表2）。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)精度分析，所測(cè)圖根控制點(diǎn)可以用來(lái)進(jìn)行全站儀碎部測(cè)量，精度完全滿足測(cè)圖需要，而且誤差分布均勻，不存在誤差累積問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

RTK與全站儀聯(lián)合數(shù)據(jù)采集，避免了單純的全站儀測(cè)量容易受到地形、植被覆蓋等諸多因素的影響和RTK測(cè)量中衛(wèi)星接收和外界干擾的問(wèn)題，互補(bǔ)優(yōu)缺，大大提高了作業(yè)效率。因此，將兩者有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，對(duì)加快工程進(jìn)度，具有很大的實(shí)際意義。本文案例將為從事相關(guān)工作的工程和技術(shù)人員提供有益借鑒。

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