GPS RTK与手持GPS在土地整理核查测量中的联合应用

王克晓

(天津铁道职业技术学院，天津 300240)

0 引 言

地形图测量中，利用GPS RTK进行数据采集是大部分测图中的重要环节[1]。在某些工程中单纯使用GPS RTK采集数据可能会造成效率低，周期长等缺点[2]。因此，利用GPS RTK采集数据的机理和特点，结合手持GPS自身采集数据的特点，将两者结合起来共同采集数据，并进行数据处理，从而得到地形图数据。实验结果表明：该方法大大减少了作业时间，进一步提高了测图的效率。

1 RTK与手持机测量系统

实时动态(RTK)定位测量系统按软硬件系统来划分包括GPS接收机，数据传输系统和TTK测量软件系统三部分组成。为了提高测量精度，手持机也要求基准站参与。

1)GPS接收机：RTK GPS测量系统中至少包括两套GPS接收机，其中一台置于基准站上，另一台或若干台，分别安置于不同的用户站上。手持GPS内置高性能GPS/SBAS接收机和L1/L2双频天线使得测量更简便。RTK GPS和手持GPS的基准站都应设在测区较高点上，且观测条件良好。在作业中，基准站的接受机应连续跟踪全部可见卫星，并将观测数据实时地发给用户站。GPS接收机一般为双频机。当系统中包含多个用户接收机时，采样本应与接收机采样相同。手持GPS无需担心这个问题，因为手持机的接收机和天线以及手簿是一体的[3-5]。

2)数据传输系统：基准站同用户流动站之间联系是靠数据传输系统(简称数据链)实现。数据传输设备是完成事实动态测量的关键设备之一，对于RTK的数据传输由调制解调器和无线电台组成。在基准站上利用调制解调器将有关数据进行编码调制，再由无线电台发射出去。在用户站上，利用无线电接收机将其接收下来，再由解调器将数据还原，并发送给流动站上的电子手簿。对于手持机无需用内置电台，在80 km范围内都可收到信号。

3)RTK测量的软件系统功能和质量，对于保障实时动态测量的可行性测量结果的可靠性以及精度具有决定性的意义。实时动态测量软件系统应具备的基本功能为：

①整周未知数的快速解算。②根据相对定位原理，实时解算用户站的WGS-84坐标系中的三维坐标。③根据已知参数，进行坐标系统的转换。④求解坐标之间的转换参数。⑤解算结果的质量分析与评价。⑥作业模式(静态、准动态、动态)的选择与转换。⑦测量结果的显示与绘图。

亚米级的手持GPS是基于革命性的实时H-Star技术，可直接接收和解算RTK改正数据，差分定位精度能达到10 cm.

2 GPS RTK和手持GPS的联合作业方法及实践举例

架设基准站(GPS接收机、天线、电台)以及流动站(GPS接收机和手簿)连接完成后，依次启动基准站GPS接受机，电台，流动站GPS接收机和手簿[2],及手持GPS.GPS RTK与手持GPS的数据处理流程如图1所示。

图1 GPS RTK和手持GPS数据处理流程

本项目面积约30 km2，属平原地形，地面平均坡度约为 2% 。由于正值冬季，一望无际的白雪，致使通视情况极好。测区内道路比较发达，有利于测量。这次检核测量是有目的进行的，与传统的地形测量有很大的差别，在精度方面要求不是很高，所以采用手持GPS对这次检核测量工作的速度有很大的提高。采用1+2 RTK一套进行工程测量；1+2手持GPS一套进行边界和地类测量。RTK流动站每组两人，手持GPS组每组一人。采用先控制后测图的方法施测。手持GPS配合RTK可实现作业效率的大大提高， GPS RTK 和手持GPS协作下日作业面积约为6 km2.由于通视好，检核测量的比较全面，质量比较高，使得结果更接近实际情况。

联合作业的大致过程可以通过图2～6说明。

图2的左图主要是表示边界和地类的点，边界和地类都是不规则的，所以才显得凌乱。图2右图主要是表示工程的，比如比较规整的田间路、排水沟等。

图中的点连接以后，根据表示的内容不同进行归类，从而得到大致的边界和地类，如图3，图4所示。

根据RTK的特点，可以得到如图5所示的大致图形，整个项目区的工程清晰可见。如果用手持机无法得到这种图形，特别是路沟渠的交叉点无法准确得到，但是，RTK以其高精度就能解决这个问题。

手持式GPS在实际使用中需要设置很多参数，而且对当地的坐标参数要求很高，天宝公司给出的参数很贴近实地，手持机测出的点位坐标与GPS RTK测出的点位坐标基本一致，而且能够保证所需的测图精度。两者合图以后可以清晰的得到项目区的信息，基本满足这次土地整理核查的要求。

图2 手持机原始点(左)和RTK原始点(右)

这次土地整理测图数据复查主要是用到南方RTK与天宝手持GPS联合应用。RTK精度高，主要用于工程测量，因为工程在土地整理复查中占到很大的比例，稍微差一点的就是地类的区分，天宝手持GPS的精度可以满足要求[6-7]。对于边界，由于点位误差要求的范围比较大，所以采用亚米级精度的天宝手持GPS.对于没有控制点或者是控制点被破坏的测区，还需要用到南方的灵锐S86 GPS进行静态观测，求出测区的转换参数，以便达到土地整理复查的精度要求，由于边界点的坐标在这次测量中很重要，所以测量的边界坐标点的坐标必须记录下来，并且要显示在复查图上。如果单纯的去一个一个的在图上找点显得很费时费力。所以如果利用计算机实现坐标点坐标的自动提取，就会省时省力。

图3 手持机原始点放大后(左)和手持机画出的图放大后(右)

图4 手持机原始点画出的图形图(左)和手持机原始点图放大后(右)

图5 RTK原始点画出的图形(左)和 RTK原始点画出的图形放大后(右)

图6 二者合图(左)和二者合图放大后(右)

3 结束语

施测过程中以RTK施测为主，在一些精度要求低的地方，采用手持GPS测量。GPS RTK以其特有的作业方式，高精度，实时性的优点，在各种测量项目上应用广泛。基于实时H-Star技术的手持GPS可直接接收和解算RTK改正数据，差分定位精度远达半米以内。体积小巧、携带方便、可以独立使用的手持GPS是一种全天候实时定位导航设备。该手持机具有灵敏度高,存贮量大,外部接口齐全等特点,在很多领域得到了广泛的运用。在该精度范围内，手持GPS配合RTK作业，可大大提高提高作业效率，增加经济效益。但是，如果要求更高的精度，手持机是否还可以与RTK联合使用，还需验证。

[1]朱冬海.GPS RTK技术用于水库水下地形测量[J].山西建筑,2008(26)：349-350.

[2]杨 波,朱树叶.GPS RTK技术在太中(银)铁路勘测定界中的应用[J].东北水利水电,2009(12):66-67.

[3]方荣新.高采样率GPS数据非差精密处理方法及其在地震学中的应用研究[D].武汉：武汉大学,2010.

[4]张丽娜,杨志强,欧 龙,等.手持式GPS定位误差的研究[J].工程地球物理学报,2006,3(6):478-483.

[5]滕云龙.GPS接收机数据处理技术研究[D].成都：电子科技大学，2011.

[6]赖培伟，夏 维.手持式GPS接收机定位精度探讨[C]//中国航海学会航标专业委员会测绘学组学术研讨会，2006.

[7]程新文,陈性义.手持式GPS定位精度研究[ J].测绘通报,2004(9):20-22.