浅谈基于GPS RTK与全站仪配合下的地形测量方法

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摘 要：本文主要论述了基于gps rtk与全站仪配合下的地形测量方法，分析了RTK与全站仪数据采集的基本原理以及RTK与全站仪联合数据采集应用，希望有所作用。

关键字：GPS；RTK；全站仪；地形测量

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。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。

一、RTK与全站仪数据采集基本原理

（一）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一84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。RTK工作原理见图一所示。

图一 RTK工作原理示意图

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10o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15o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。

（二）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。

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，仪器就会按下武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(XP,YP,HP)。

XP = XA +S cos∂ cosθ

YP = YA +S cos∂ cosθ

HP= HA +Ssin∂+ hi

式中：s为仪器至反射棱镜的斜距；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。

二、RTK与全站仪联合数据采集应用

（一）资料及仪器准备

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。

（二）野外测量

a、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。

b、碎部测量

图根控制测量：图根控制采用GPS RTK方法布设，基准站设在测区中心的控制点FGl5点上，流动站边长均不超过3km。共布设图根点174个，密度合理、布设均匀，完全满足测图需要。

地形图测绘：利用RTK进行地形图测量时，在一个已知GPS控制点上安置好基准站，然后根据其它已知点求定转换参数后，流动站即可进行数据采集。在采集过程中，遇到高大建筑物、高压线、高大树木时，GPS信号会受到干扰，影响测量精度，此时，需要用全站仪进行测量。全站仪的操作如下：将全站仪置于图根导线点上设站、定向、检查，施测碎部点坐标和高程点，利用全站仪内部存储器记录观测数据、野外绘制草图、记录观测点号和相应地物。

在数据的联合采集过程中，充分利用了RTK的优势又利用了全站仪的优势，弥补了二者的不足。利用RTK进行道路，独立地物，地类界以及高程点的测量，对于RTK信号比较弱的地区，如高大建筑物等，利用全站仪在首级GPS控制点和加密的图根点上进行测量。这样就避免了同一地方的返工问题，而且还提高了测量效率和测图的质量。

内业成图：用RTK软件把所测碎部点和全站仪记录的数据传输至计算机，将数据格式转换为开思软件数据格式。并在开思软件中展绘，对应草图绘制数字化地形图。

（三）精度分析

为了检核RTK测量精度，与静态GPS测量进行对比，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土0.024m，最小为士0.015，最大高程误差为O.023，最小为0.015m。

l：500，l：1000，l：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(见表1)：

表1 地物点平面位置精度

地区分类比例尺 点位中误差

城镇，工业建筑区，平原，丘陵地1：500 士O.15(士0．25)

1：1000士0．30(土O．50)

1：2000士0．60(士1．00)

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。

利用RTK定位技术联合全站仪进行数字化测图，有几点是需要重点强调的：

a、作为RTK基准站的测区控制点，应尽量位于地势较高、通视条件较好，远离强干扰源的地方，布设合理，可满足整个测区RTK测量需要。

b、坐标转换参数直接关系到测量成果的正确性。因此，在进行RTK测量图根点前，必须正确输入本测区的坐标转换参数。利用RTK布设图根控制点，不仅可以避免常规图根控制带来的误差积累，而且提高了作业速度。

c、地势较为开阔区域就尽量采用RTK定位技术进行作业，当遇高大树林等不能接收卫星信号时，就要改用全站仪观测碎部点。

d、为了测量数据的准确性，在每次设计完基准站开始工作和结束本站的数据采集工作后都要进行观测已知点来检查。

参考文献：

[1]徐绍铨，张华海．GPS测量原理及应用[M]．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／T14912-2005 l：500，1：1000，1：2000.外业数字测图技术规程．

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。