Epsce-RTK一体化测图技术与系统实现

2019-01-04尹国友

城市勘测 2018年6期

尹国友

(重庆市勘测院，重庆 400711)

1 引言

目前RTK测图采用更多的是简码法、草图法，或二者结合，外业仅采集了地形特征点位三维坐标，需要经过大量的内业处理和外业对图才能最终成图，其实并不是真正意义上的全野外一体化测图[1]。

重庆北斗卫星地基增强系统是全国首个山地区域北斗卫星地基增强系统，解决了山高楼多、地势起伏大造成的信号接收难、定位难、精度低等问题，自主研发的多模多频接收机及网络参考站系统，能够与国外GNSS系统兼容[2]。重庆北斗卫星地基增强系统于2013年建成，基于其诸多优点和广泛适用性，已被重庆测绘界广泛应用。北斗RTK S82C是南方测绘公司自主研发主板的一款产品，是真正意义上的国产GNSS RTK接收机，其性价比高、竞争优势明显，支持多星系统，能兼容北斗和GPS。工程之星为南方测绘的RTK手簿自带的测量软件，能很好地为野外作业提供稳定便利的数据链。EPSW电子平板测图系统是由清华山维公司推出的测图软件，而Epsce是基于掌上电脑的野外测图系统，其图属编辑功能强大，能通过指挥全站仪读数，进行灵活方便的全野外数据采集[3]。鉴于上述软硬件情况，为实现真正的一体化测图，本文基于重庆北斗卫星地基增强系统、北斗RTK接收机和Epsce测图软件，提出了Epsce-RTK一体化测图的全新模式，给出了系统结构，阐述了开发系统用到的关键技术，解决了功能实现的相关技术问题。

2 Epsce-RTK一体化测图系统

2.1 系统总体结构

系统充分利用重庆北斗卫星地基增强系统，将南方测绘公司推出的北斗S82C接收机与清华山维公司研发的Epsce测图软件相结合，采用南方RTK手簿进行一体化测图作业，进一步扩展了网络RTK技术在测绘领域中的应用。可以让用户不再依赖全站仪，将测量的数据、地物信息实时显示在屏幕上，并可以通过简单的操作处理实现实时成图，使测量外业更加高效。

系统由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分采用南方测绘S82C接收机和RTK测量手簿，软件部分包括工程之星RTK测量软件、坐标转换模块、Epsce-RTK测图软件，均运行于南方RTK测量手簿中。各组成部分的具体功能说明如表1所示。

模块功能说明表表1

2.2 关键技术

(1)Epsce二次开发

原Epsce测图软件仅能连接全站仪进行测量，但该研究需要将RTK测量设备接入进来，在完全保留Epsce原有测图功能的情况下，增加RTK测图作业模式，形成Epsce-RTK一体化测图系统。清华山维公司推出的EPS软件在基本功能的基础上提供了两种二次开发工具，分别是基于基础库的二次开发和脚本类的二次开发，其中前者主要使用C++作为软件开发语言，后者主要以VBScript和JavaScript作为开发语言，但常用VBScript。为了保证RTK测图的稳定性和高效性，该系统以EVC为平台，采用C++进行二次开发。

(2)UDP通信协议

UDP是User Datagram Protocol的简称，即用户数据报协议，是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议，特别适用于端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序[4]。

由于工程之星RTK测量软件、坐标转换模块、Epsce测图软件为3个分离的软件，采用基于UDP通信协议进行数据交换，成功地实现了在Epsce测图软件中进行以重庆市独立坐标系为基准的测图作业。坐标转换软件作为UDP协议的服务器端，工程之星RTK测量软件和Epsce-RTK测图软件作为UDP协议的客户端，差分定位信息到达工程之星RTK测量软件后，由它以UDP协议进行封装后发给坐标转换软件进行坐标实时转换，完成后分别转发给RTK测量软件和Epsce-RTK测图软件。

本系统中UDP协议转发数据由两部分组成：工程之星转发给坐标转换软件的数据，包括WGS84坐标系的经度(L)、纬度(B)、大地高(H)、垂直精度(HRMS)、水平精度(VRMS)、位置精度强弱度(PDOP)、解状态、卫星数(锁定卫星总和)、北京时间；坐标转换软件计算完成后对外发送的结果数据，包括重庆独立系平面坐标和正常高(xyh)、区域、精度等级、垂直精度(HRMS)、水平精度(VRMS)、位置精度强弱度(PDOP)、解状态、卫星数、北京时间。UDP外发数据格式的组成如表2所示。

UDP外发数据格式组成说明表2

3 系统功能实现及应用

3.1 系统功能实现

在应用RTK测图时，将GNSS接收机开机，打开RTK测量手簿后，首先运行坐标转换模块，然后启动工程之星RTK测量软件，并设置开启坐标转换服务，当GNSS接收机锁定卫星信号后，打开Epsce-RTK测图软件中的GNSS测量界面，可看到独立坐标系的定位结果以及平面高程精度信息、PDOP值、卫星数和解状态等信息，当解状态为“固定解”时，即可进行RTK测图作业。

(1)工程之星RTK测量软件

打开工程之星(如图1所示)，进入“配置”菜单下“工程设置”对话框，选择“其他”选项卡，设置对应参数(如图2所示)，勾选“使用”重庆市勘测院参数，“确定”回到主界面。

图1工程之星主界面图2设置主界面

进入“配置”菜单下“差分设置”(如图3所示)，打开手机差分模式，并进行手机差分转发设置(如图4所示)，填入对应项，“获取列表”成功后，选择域列表中的“RTCM30”连接，成功后状态框中信号标识为“B”，并且后面有信号条闪烁，待解状态为“固定解”即可进行测量。

图3手机差分设置界面图4差分模式设置界面

(2)坐标转换模块

运行坐标转换模块，如图5所示，点击“开始”，等待几分钟“预加载完毕”，最小化界面。

图5 坐标转换程序界面

(3)Epsce-RTK测图软件

图6 Epsce-RTK测图软件主界面图7 RTK测量界面

3.2 系统应用

系统研发成功后，选取经检验合格的采用全站仪进行采集的重庆市自然博物馆竣工测量项目进行重复测量，X坐标差值△x最大 0.056 m，Y坐标差值△y最大 0.051 m，高程差值△h最大值为 0.100 m。经统计，采用Epsce-RTK一体化测图系统测定的地物点平面位置中误差为 0.039 m，高程中误差为 0.078 m，全部满足相应规范要求。

从系统应用情况来看，Epsce-RTK一体化测图系统具有诸多优势。第一，节省大量生产成本，打破了测图需要先做首级控制，再做图根控制，最后用全站仪测量碎部点的传统作业模式，节省了大量控制测量的费用。第二，生产效率成倍提高，一方面，外业生产携带设备少了，且不再需要观测员，将原来的三人组或两人组作业的模式最低可以减少到一人作业，节省了大量人力，生产效率成倍提高。另一方面，采用网络RTK测量碎部点，不受通视条件影响，可全天候作业，有效作业时间得到大幅提升。第三，提升产品质量，采集碎部点时，绘图员和接收机是在一起的，完全能做到“所见即所得”和野外实时成图，避免了漏测、错绘现象，从而提高了成图的准确性，产品质量进一步得到保障。

但在实际应用过程中，Epsce-RTK一体化测图系统，终究是采用网络RTK进行碎部点采集，不可避免地具有GNSS测量的通病，受卫星信号强度的影响较大，比如：①在树木密集区域内、高大建构筑物旁等卫星信号遮挡严重区域，无法进行精度要求的RTK测量。②网络RTK作业半径直接影响其定位精度和作业速度，数据链能否畅通也是RTK测图能否成功的关键。对于这些不足，目前可以采用RTK和全站仪配合作业的方式解决，网络RTK不能测量的时候先做控制点，然后再利用全站仪补充测量。