GPS-RTK技术在地形图测绘中的精度分析

王安康

◆摘  要：随着测绘的发展，地形图测绘逐步迈向全数字化、自动化。现以泗县墎集镇地形图测绘为研究背景，这种GPS-RTK新方法不仅节约了人力，而且加快了测图的进度，在整个测图过程中，本文就GPS-RTK测量精度问题进行了论证。

◆关键词：GPS-RTK;精度分析

1 测区概况

墎集镇位于泗县东南部（东经117°60′，北纬33°55′），距离县中心约10km，东于江苏泗洪交界，南与五河相邻，全镇总面积9400m2，东部丘陵岗地，中西部是平原，此地区属暖温带半温润季风气候，四季分明，该镇交通便利，房屋居住紧凑。境内南部有许多自然景观奇石，中部紧靠石梁河（楚汉相争的西楚霸王城），据《泗县志》记载，楚汉相争时霸王驻兵于此，是士兵堆成了这座城池。泗县墎集镇能完全体现出安徽北方地形特点（山地偏少，大多平原）。

2 GPS-RTK简介

2.1GPS-RTK系统组成

GPS-RTK 系统又称为实时动态测量系统，是GPS测量技术的新一步突破，所达到的测量精度可观（测区信号好），一般GPS-RTK由GPS接收装备、数据传输设备和软件解算系统三部分组成。

2.2GPS-RTK 测量原理

GPS-RTK测量原理是先架设基准站（将相关数据输入GPS手簿中），接着设置流动站，基准站接收机观测到的数据通过编码和调试，将由电台发出，而移动站接收机观测数据的同时，也将接受由电台传出的信号，经过解调和平差处理，控制手簿将会得到本站的数据以及精度，一旦精度达到要求，可以将数据进行储存。

2.3GPS-RTK 测量方式

GPS-RTK 测量的方式有两种，第一种是将基准站架设在已知点上，而第二种随意架设，但地势比较高的地方，两者方法互相比较可看出，第一种方法局限性强，并且点位精度要求高，而第二种方法比较灵活，也有利于接收卫星信号。

2.4GPS-RTK 测量优缺点

随着测绘的迅速发展，GPS-RTK系统也日益完善，优点也越来越多，例如：耗时短、测站间无需通视、全天候、测量精度高、携带方便、易操作等。但是利用GPS-RTK 进行测量时，如果遇到信号不佳或者测区树木多等其他因素遮挡，GPS-RTK的测量精度偏低，无法满足精度要求（浮点解），本文对精度问题进行分析。

3 GPS静态控制测量

3.1GPS控制网精度标准及分级

由于控制网的用途不一样导致了各类GPS网的精度要求不同，用与城市或工程的GPS控制网可根据相邻点的平均距离和精度分为二、三、四等和一、二级。

3.2布网设计方案

由于网形用途不一，一般有4种基本形式，依次为点连式、边连式、网连式、边点式。基于上述分析几类型，再结合测区的特点，本文采用边连式的E级控制网，使用GPS中海达三台，根据“先整体，后局部”的原则进行布设控制网，且分布均匀，在此基础上，利用GPS-RTK技术布设图根控制点。

3.3控制网的设计、选点、埋石

3.3.1导线网的布设符合的规定

（1）控制点要求分布均匀，且方便GPS-RTK進行加密;

（2）观测时应该按照表4的基本要求;

（3）为得到某个GPS点坐标时，应于原有控制点进行联测（保持在同一参考坐标系下进行），联测的总数不得低于3个。

3.3.2选点位的基本要求

（1）点位易于架设仪器，便于施工;

（2）地基状况良好，不易被人发现和破坏，易于永久保存;

（3）周边视野开阔，四周无障碍物;

（4）点位要远离高大地物和地貌，距离大于300m;

（5）远离周边大面积水域或反射电磁波的物体，以免受到影响。

3.3.3埋石规定

（1）埋石采用现场混泥土灌制，或者用花岗石、青石等坚硬石料制作，须符合相关规定;

（2）利用旧点时，检查是否符合同级GPS点的埋石要求;

（3）埋石时要注意隐蔽，防止被人破坏;

（4）埋石结束后，应该上交相应资料;

（5）由于不同的精度要求和埋点条件。

3.4GPS静态观测与记录

3.4.1外野操作

（1）架设仪器及安装接收天线等（对中整平），量取天线高（三个方向量取并且取平均值）;

（2）开机（按住电源开关按钮，至到指示灯亮时为止）;

（3）观察接收状态。在接收机工作期间，看数据记录指示灯是否正常，是否有人为或者其他因素的破坏，发生异常情况要记录下来;

（4）关机;

（5）收仪器（防止粗心大意，导致仪器漏收现象）。

3.4.2技术要求

（1）在观测前要校准光学对点器（每天2次），检查是否有异常;

（2）对中时，要保证对中误差在3mm以内，天线定向标志线指北，在量天线高时，选择三个方向进行，当差值大于3mm时，再次进行对中和重新量取，反之，取平均值;

（3）每时段观测前后各量取天线高一次，取位到1mm，两次较差不大于3mm，如果超限，查明原因。

3.5数据处理与精度分析

静态数据处理

本文利用Trimble Geomatics Office（TGO）软件进行基线处理，步骤如下：

（1）转换格式。将GPS采集的数据转换成RINEX格式并保存;

（2）新建项目。输入项目名和保存路径;

（3）导入数据。将转换数据导入到TGO软件中;

（4）检查和修改外业数据，导入软件前应检查天线高、点号和天线类型等，防止出错;

（5）基线解算。

（6）基线质量控制，解算的质量需要进行评估，如果评估不合格，将进行重新解算（重新解算不合格就要进行重新测量），质量评估指标有RMS、RDOP、同步环闭合差等;

（7）进行网平差;软件会自动进行约束平差和无约束平差，宿州泗县墎集镇的中央子午线为117°。

（8）根据测量要求，转换成当地坐标系（北京54坐标系）。

4 GPS-RTK定位精度研究与分析

4.1实验法评定精度

4.1.1实验目的

由于GPS-RTK技术运用到地形图测量是一种新的技术，有很大应用潜力，但是精度一直是备受关注，为了评定GPS-RTK测量精度问题，本文将进行几组实验，从而也验证了本文数据的准确性。

4.1.2实验思路

本次实验选取12个点，其中9个点是本文的控制点（点位信号好，空旷），而另外3个点是信号差的点位，将水准测量测得的高程、全站仪测量的坐标和GPS-RTK采集的坐标进行比较，从而验证GPS-RTK的精度问题。

4.1.3实验设备

（1）GPS-RTK测量

仪器：中海达V8;数量：2台;精度要求：平面10mm+1ppm;高程：20mm+2ppm。

（2）水准测量

仪器：DSZ2型自动安平水准仪。

（3）平面测量

仪器：BTS-6082全站仪

4.1.4水准测量

（1）方法与步骤

以TP5点的高程18.97m做为起点，高程基准采用85国家高层基准，最后再次闭合到TP5，如下所示：TP5→TP7→TP4→TP8→TP5→TP2→TP1→TP9→TP6→G c1→Gc2→Gc3→TP5，最后平差得到各点的高程，再和RTK测量的高程比较，从而验证RTK高程精度，本文按国家三、四等水准点的标准来统一规定

4.1.5动态GPS-RTK测量

（1）本实验将在未知點上架设基准站，分三次测量（平滑10次），取平均值;

4.1.6平面测量

利用全站仪结合本文做的控制点数据，进行测量：

4.1.7数据比较

（1）动态RTK与水准测量比较，如表16：

（2）动态GPS-RTK与静态GPS测量比较，如表18：

4.2计算中误差法评定精度

由实验法可以看出在测量条件极差的情况下，测量误差特别大，中误差计算将剔除Gc1、Gc2、Gc3三个点，基于上述实验，可得下表19：

4.3结果分析

由表14和表16可知：测区条件良好的条件下GPS-RTK测量成果与水准测量的差值结果在10mm至48mm之间， GPS-RTK测量成果与水准测量的差值结果在10mm至47mm之间，而且点位最大中误差为3.00。在测区条件不好的情况下，GPS-RTK采集的碎步点误差特别大，无法满足测量精度要求。

5 结论

目前GPS-RTK技术应用于地形图测绘越来越广泛。这种技术不但打破了传统测绘的繁琐和耗时，而且还降低了测绘过程中的人力和物力，但是如果遇到信号不佳或者测区树木多等其他因素遮挡，GPS-RTK的测量精度偏低，无法满足精度要求（浮点解）。

参考文献

[1]李征航，黄劲松.《GPS测量与数据处理》（第二版）[M].武汉：武汉大学出版社，2010.

[2]顾孝烈，鲍峰，程效军.《测量学》（第三版）[M].上海，同济大学出版社，2010.

[3]徐绍铨，张华海.《GPS测量原理及应用》（第三版）[M].武汉：武汉大学出版，2008.