GPS—RTK测量技术在地形测绘中的应用

彭鑫

摘要：GPS-PTK技术广泛的应用，已经成为工程施工建设中不可或缺的技术之一。在地形测量工作中充分运用GPS-RTK的优势，可以快速完成地形的信息采集和图形测绘等，例如高程属性、位置属性等，由于其在实测过程中添加代码方便，所以在后期绘制地形图中极大地提高了工作效率。本文通过结合唐山三友盐化有限公司盐田改造工程施工建设，对GPS-RTK技术在1：2000陆域地形测绘以及1：2000水域地形测绘中的应用进行了研究和探讨。

关键词：GPS-RTK测量技术；工程建设；地形测量；应用

GPS-PTK（GlobalPositioningSystem RealTieKinematic），是现代地形测量中最常用到的一门技术，主要通过参考站对卫星导航系统进行监测，并将采集到的地形数据传输给流动站，流动站通过收集基准站及自身数据进行分析处理，从而实现实时定位的功能。在地形测量中，结合GPS-PTK测量技术的功能特点，能够进行地形数据的采集、地形图的测绘等工作，最终得到精确的海拔、坐标或山区地形等数据，同时也能够帮助提高作业人员的工作效率和质量。

1.GPS-PTKT作原理

目前相对定位静态GPS技术以及实时动态GPS-PTK技术在我国城市建设测绘中的运用较为广泛。高精度的测量通常是采用静态GPS技术，而它在布置范围较大的大地控制网和各种GPS局域网的时候需要的时间长，并且要经过处理才能得到准确的结果。而作为GPS技术中的一个里程碑的实时动态GPS-PTK技术是以载波相位测量基础实现实时差分GPS技术，它能达到厘米级精度。基准站以及流动站组成了GPS-PTK测量系统。原理是以获取的坐标参考点为基准点，并安装接收机，连续的观测卫星，用数据链传送的方式将测量值、卫星的跟踪状态以及接收机的状态发送出去；流动站上的接收机基准站上的观测数据，用相对定位原理进行实时计算，得出基准站的三维坐标以及测量精度。这种方式能实现对待测点的精度实时监测。

2.GPS-RTK测量技术在地形测绘中的应用

2.1工程概况

为顺利推进唐山三友盐化有限公司盐田改造工程施工建设，天津市海洋地质勘查中心受甲方委托，承担大清河盐场附近区域地形测绘任务。本次测量在河北省唐山市京唐港西大清河盐厂及附近海域，工作内容主要包括1：2000陆域地形测绘以及1：2000水域地形测绘。本工程采用西安80坐标系，高斯三度带投影，高程采用1985国家高程基准。

2.2测区控制测量

根据测区已有控制点资料，并根据GPS-RTK系统采集的WGS84坐标，计算出测区范围内的转换参数，并通过连续观测得到控制点坐标，二级图根控制网在首级控制网的基础上，根据实际测图需要进行布设GPS1、GPS2、GPS3、GPS4四个二级控制点，用于每天的检校。

2.2.1点位选择

根据设计进行实地踏勘，逐点落实设计的点位，点位选择时充分参考规范要求，如：测站视场内地平仰角15°以上不能有障碍物，以避免遮挡卫星信号。为了便于GPS的外业测量，应选在交通方便、便于安置接收机设备和操作的地方。为了避免GPS信号的多路径效应，点位周围50m内应无高大建筑物或面状金属反射物，也不要选在大范围水面的边缘。为了避免电磁干扰，点位应离开高压输电线，变电站100m以上，离开射电干扰源应在300m以上，要避开定向的雷达天线和微波天线的辐射方向。同时，在布设GPS控制点时要保证点位分布均匀，以达到较好的图形质量。

2.2.2坐标系统相互转换参数

采用HDS2003数据处理软件测区四参数和高程拟合解算，参数解算成果如下：在将参数设置到手簿中，进行控制点成果检核，控制点测量平面误差在±2cm以内，高程误差在±5cm内，满足区域测图精度要求。

2.3水域地形图测绘

2.3.1测线布设

根据《水运工程测量规范》（JTSl31-2012）中水深测量间距设置相关要求进行水深测线布设，主测线间隔为图上20mm，本测区测量比例尺为1：2000，故本次测线布设间距为40m，联络测线间距400m。

2.3.2测量检校

每次野外实施测量前，在单波束架设完后，将先作校正单波束高程及水深，将GPS连接到单波束上，打开水深采集软件，检查单波束参数设置是否与GPS设置参数一致，如不一致进行修改。将GPS连接到测深儀上，进行定点水深测量，定点测量三次，取其平均值；再将GPS取掉，进行探头位置高程测量，测量三次，取其平均值；将此处高程与单波束测量进行对比，误差在5cm以内，满足要求，可实施本工作日测量。

同时，实施过程中，技术人员全程操作仪器设备，如发现设备信号、水深数据异常，立即停止测量，查找原因，问题解决后，方可测量。

在测量期间，按规范要求，在测区内布设了测深检查线（与主测线垂直），通过比较测深检查线与主测深线相交处，即图上1mm范围内水深点的深度互差，均满足：H≤20m，深度比对互差≤0.4m的限差要求（超限点数不超过总比对点数的20%），见表1。

2.3.3施测方法

水域地形测量，按照1：2000地形图要求，根据测量设计中布设好的测线，使用单波束测深配合GPS-RTK无验潮的方式进行测量，测线间距40m，采集点采用距离方式进行采集，采集点间距20m。通过量取探头吃水深度和RTK流动站天线高，将探头高程换算出来，换算关系见图1。

2.3.4水域地形数据处理

水域水深处理主要按照以下流程进行：

（1）对水深数据、导航数据进行检查，删除坏的数据并由软件进行自动处理。

（2）对数据进行数据综合改正。

（3）将综合改正的数据进行合并，产生位置及深度，并生成DAT文件。

将南方自由行软件处理后的数据，导入南方CASS9.1，展野外测点到图上，生成DTM，绘制三角网并生成等深线，1：2000按0、1.0m、2.0……10m生成等深线。

2.4陆域地形图测绘

本次陆域测绘项目利用GPS-PTK及全站仪进行碎部点采集，详细测定各地物、地形、地貌的属性和位置。由于本测区地物主要为虾池、鱼塘、芦苇地、河道，地形相对简单，故采用野外编码加草图方式绘制地形图。

地物点、高程点和水下地形点采用VRS结合全站仪进行观测，每天作业前均将VRS基准站架设到首级控制点或图根控制点上，在相对距离较远的控制点上用VRS流动站进行检校，用另一个已知点作为检查，检查坐标、高程与已知坐标、高程较差均小于5cm，方可开始碎部点采集。碎部点采集过程中操作员现场绘制草图并标明观测点号。

内业数据处理采用随机软件将仪器外业观测数据下载到电脑中，用Uedit32软件将观测数据编辑为南方CASS9.1软件认可的dat格式文件。将dat格式文件通过南方CASS9.1软件展野外测点点号功能将野外测点展绘到CAD底图上，依据野外测点编码记录及草图，绘制相应的地物、地貌，并展野外高程点。

3.结语

GPS-RTK技术以其定位精度高且均匀、观测时间短、可实时提供三维坐标、操作简便、可以全天候作业等特点，在测量工作中大大提高了工作效率，减轻了劳动强度，越来越受到人们的青睐。本次应用GPS-RTK技术测量和成图过程严格依据我中心质量管理体系中的质量手册和程序文件管理办法对测绘过程进行质量控制，成果资料采用二级检查一级审定制原则，对不合格图纸产品不予放行。首先，由项目组技术人员对作业过程和成果进行一级检查，保证初步成果的质量；其次由我中心总工办组织人员对初步成果进行二级审查，并将所发现的问题反馈给项目组进行处理，形成循环；最终成果，由总工进行审定，保证了成果的质量。