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幸运赛车 拖胆GNSS网络RTK在数字测图中的应用
作者:幸运赛车 发布日期:2018-06-01

  河南省地质矿产勘查开发局第一地质调查队,河南 洛阳, 邮编:471023)

  摘要:随着全球导航卫星系统(GNSS)技术的高速发展,基于GNSS的网络RTK以及GPSRTK在测量工程技术方面得到广泛应用,特别是在外业数字测图技术方面数字化测图采用GPSRTK一个基准站和数个流动站配合CORS系统,这种网络RTK技术通过一个或多个数据中心来汇集和融合来自参考网络的数据,辅之以全站仪采集并对数据进行处理在数字化测图应用中具有速度快、精度高、全天候、限制条件少等优点,缩短了成图周期,具有良好的经济和社会效益。

  GPSRTK定位技术以及基于以全球导航卫星定位系统(GNSS)为基础的各类常态性监测网(站)和差分的GNSS在先进的发达国家大面积覆盖。成为各种用途的局域性网络,目前我国相当部分的省市也建立了规模不等各种局域网络,用于工程建设、地形地质测绘、军事科研等方面。满足和适应了现代高精度、实时三维空间定位的技术,互联网通讯科学为这些局域大地系统的信息和数据转换提供了基础平台,并推动了GNSS网络的发展。测绘行业新发展起来的CORS系统是基于网络GNSS服务体系系统以及网络化GNSS/VRSPKP等,构成了全球卫星导航卫星定位系统导技术的前沿科学。

  目前,已有的网络RTK技术通过一个或多个数据中心来汇集和融合来自参考站网络的数据,并对这些数据进行技术处理在工程测量数字化测图应用中具有速度快、精度高、费用省等特点,网络RTKCORS测量结果经过简单处理即可导入到测图软件中,从而快速地生产出规范的地形图来,利用GPSRTK进行数字化测图的基本工作,主要包括外业数据采集和内业数据处理两大部分。

  外业数据处理主要包括控制测量和碎部点测量,其中碎部点测量有两种方式,先利用GPSRTK测量图根据控制点,对那些信号接收不好隐蔽的建筑物的角点等再用全站仪进行碎部点测量;2、直接利用GPSRTK或CORS系统进行碎部点测量。

  内业数据处理主要包括GPS控制测量数据处理,GPSRTK数据编辑与整理和利用成图软件进行数字化成图等。

  2011年我单位利用GPSRTK技术在安徽阜阳市、太和县、颍上县100多平方千米区域进行1:2000数字化测图的工作实践,其基本概况及外业天数见表1-1。

  5个GPS外业组和5个全站仪作业组(其中太和、颍上县新区未使用全站仪)在不到1个月的时间内就完成了3个地域12个测区共100多平方千米的数字化测图生产任务。其中在阜阳市

  采用的GPSRTK为Trimble5700,在太和、颍上采用的GPSRTK为LeicaSR510。野外测量中CORS系统的RTK及有基准站的RTK作业模式明显体现出效率高,作业灵活,速度快,不受天气影响等优点。

  注:在外业仪器作用中,已有CORS系统实际上可以不需要GPS基准站,但实际工作中,由于外业的生产条件限制,如建筑物密集区树林覆盖密度大的地区以及通讯及卫星信号接收效果差的地域等仍需依靠基准站来解决数据采集问题。

  1)控制测量:在进行碎部测量之前需要进行控制点的布设和测量。控制点的主要任务是用做GPSRTK测量的基准站。控制点的布设要遵循GPS控制点的基本选择原则,由于要将它作为GPSRTK测量的基准站,故需特别注意以下几点:

  点位应选择在位置较高的地方,例如高楼的顶部。RTK测量需要在控制点安置基准站,并把基准站的差分信号发播出去,位置较高的地方有利于差分信号的传播。

  选择在交通便利的地方,最好在汽车可以到达的地方。RTK的基准站所需的仪器设备较多,为了能够使基准站工作较长的时间,有时需要携带较重的大功率电池。

  控制点点数应合理。如在30km2以内的测区,布设2-3个控制点为宜。RTK电台发射信号的覆盖范围一般为5-20km,基准点的差分信号必须覆盖整个测区。对于小于5km2的测区,可以只布设1个控制点。

  控制点的测量方法可以采用快速静态相对定位模式,网形的连接采用边连接,GPS接收机最好用双频GPS接收机。由于测图对于控制点的坐标要求不是很高,一般2cm的精度足够满足要求,因此控制测量的时段长度以h为宜。

  为了将控制点的坐标与国家坐标系或地方坐标系联系起来,需要联测2个以上的有国家坐标系或地方坐标系坐标的点。数据处理可以采用随机软件,卫星星历采样广播星历即可满足要求。

  为了工程进度的需要,控制点的外业采集完成后,一般需要立即进行数据处理,各控制点的坐标最后需要转换到国家坐标系或地方坐标系。

  2)利用GPSRTK与全站仪组合测量碎部:在单位采用“RTK+全站仪”模式进行碎部测量。这种作业模式分为两个步骤:首先利用RTK测量图根控制点;然后利用全站仪测量碎部点。

  利用GPSRTK测量图根控制点:利用RTK进行图根控制测量时,可以采用“1个基准站+多个流动站”的作业模式。基准站的基本操作流程为:

  基准站的参数设置(不同型号GPS的操作步骤会略有不同)。基本设置内容包括:坐标系统的参数;发射电台的型号、发射频率和数据传输率;控制点的坐标;接收机类型和天线类型;天线高和量高方式等。

  坐标转换问题。一般已知点的X坐标需要加表示带号的两位数值。在输入坐标值时需要将表示带号的两位数值去掉。

  坐标系统设置。注意设置中央了午线,旋转参数等值。这些参数不能出错,否则影响志有测量结果。

  确保差分改正数已经发射。可以用一台流动站在基准点附近进行测试。若不能接收到差分信号,则城要检查发射电台型号、发射频率和数据传输率等参数的设置是否正确。

  在合适的地点钉入一木桩作为根控制点,用油漆将点位编号写在木桩上,并在附近插一面小红旗便于碎部测量时容易找到该点。

  将GPSRTK流动站置于该图根控制点上,待GPS整周模糊度固定后开始RTK“点测量”模式。测量时需要注意的事项有:GPS整周模糊度是否固定;能否收到基准站的RTK差分信号;天线类型、天线高是否正确等。

  每个全站仪测量小组一般需要配置1名观测员、1名绘图员、1-3名跑镜员。碎部点的主要流程包括:上站、定向、碎部点测量、绘制草图等。

  3)利用GPSRTK测量碎部点:在地势上空开阔的地区,完全可以用RTK或CORS系统的RTK作业模式测量碎部点,其测量速度比全站仪更快。根据实践经验,1个GPS流动站的作业速度是1台全站仪作业速度的2-4倍。

  根据测量需要,RTK测量碎部点的作业模式可以分为“点模式”和“线模式”两种。

  点模式:碎部点的测量都可以采用点模式作业,每进行一次数据记录就可以测量一个点。测量第一个点时的基本操作包括:

  仪器连接。将GPS天线、GPS主机、差分信号接收天线、控制器等部件连接好。

  用控制器启动GPS主机,建立该测量任务的数据文件,数据文件可存储在控制器上,也可以存储在GPS主机中。为了便于数据,建议文件名称采用“测区+日期+组号”的形式,如测区为XL,时间为2月14日,测量组的编号为A,则该文件命名为“XL0214A”。

  测量时若整周未知数不为整数时,需要检查相关原因,若周围测量环境较差,则可以采用隐蔽点测量模式。

  一旦发现没有差分信号时,需要立即进行检查,如检查基准站的发射电台是否有电等。

  线模式:对公路、水渠、田埂等线状地物或连续地形,采用“线模式”将具有更高的作业效率。该测量数据的自动记录有两种方式:等时间间隔和等距离间隔存储数据。等时间间隔存储数据是根据设定时间间隔进行数据采样;等距离间隔存储数据是根据设定距离间隔进行数据采样。

  设定RTK的测量模式为“线模式”或“连续地形”。设定数据时间采样率或距离采样值。设定第一个测量点的点号,开始测量。在测量过程中注意保持测杆的垂直度。当信号状况不好时(如整周模糊度成实数解时)需稍微停顿一个,等变为整数时再继续测量。

  不同接收机有不同的处理方式和数据记录形式。如Trimble 5700称之为连续地形,能够进行等时间间隔或等距离间隔测量,点名可以自动增加。Leica SR510称之为轨迹测量,数据记录只能采用等时间间隔存储,点名只能自动生成,不能命名。

  在进行连续地形测量时,若碰到一些独立地物,则可以将“线模式”暂停,当独立地物用“点模式”测量完成后,再继续进行连续地形测量。

  对于道路等,可将GPS安置在运输工具上,将数据采样率设置较高一些,以便加快作业进程。

  内业数据处理主要包括GPS数据处理和利用成图软件进行数字化成图两项内容。前者所需时间较短,而后者工作比较烦琐,所需时间较长。

  1)GPS测量数据处理:GPS数据处理包括GPS控制网的基线解算与GPS网平差、GPSRTK数据的整理这两项任务。

  GPS控制网的基线解算与网平差:可以采用随机软件,卫星星历可以采用广播星历,数据处理模式采用静态数据处理模式。

  GPSRTK数据的整理:RTK直接得到点位的坐标和相应测量精度。RTK数据整理主要包括两项内容:剔除含有粗差的观测值;数据存储格式的标准化。

  数据转换的方式有多种方法,一种简单实用的方法是:将RTK计算结果读入到Excel软件中,在读入时可以利用空格或其他符号分隔,然后利用Excel软件的列插入、列删除等编辑功能,将数据转换成上述络式,然后将其以文本形式存储到硬盘上。

  2)数字化成图:作业人员根据数字化成图软件所附带的说明书和操作指南,可制作出符合国家规范的数字化地图。数字化成图是一项烦琐而细致的工作,作业人员需要认真和细心。为了方便作业,在作业安排时最好做到谁测图谁成图。因此,每一台仪器最好配备两名绘图员,两名绘图员隔日轮流进行外业草图绘制和内业数字化成图。

  (1)采用CORS系统GPSRTK技术,应用于地形图测量可显著提高工作效率和减轻劳动强度。无须像传统光学仪器那样先建立平面控制,再用水准测量高程,RTK流动站或CORS流动站仪需一人操作仪器,一人画草图,省时省力,且作业基本不受天气的影响,可以全天候作业,也不受通视条件的限制,适应数字化成图的需要缩短了成图周期,具有良好的经济和社会效益。

  (2)GPSRTK用于地形图测量时,定位稳定性好,速度快,一般地形,地物点只需5S就可以得到较为准确的三维坐标,一个流动站一天至少可以采集250个数据多则可达800多个数据。用传统的方法需要十几甚至几十个小时才能测绘完成的地形图,用GPSRTK技术几小时便可以全部完成。

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