GPS-RTK联合全站仪在地形图测绘中的应用

于吉东

摘要：将GPS-RTK联合全站仪在地形图测绘中的应用，可以大大加快测量速度，可使测量工作节时省力，提高了工作效率和地形图的精度，推动地形图测绘迈向一个新阶段。在本文，首先论述了GPS-RTK、全站仪各自的测量原理，并就两者联合应用的优点进行了一一论述，进而就GPS-RTK与全站仪联合数据采集的相关内容进行简要分析，最后就成果分析的内容作一阐述，以供参考。

关键词：GPS-RTK；全站仪；地形图测绘

中图分类号：Q142.4 文献标识码：A 文章编号：

1前言

随着全站仪和GPS系统应用于地形测量，地形图测绘取得了飞速的发展。全站仪具有速度快、精度高、劳动强度低等优点；而GPS可全球性、全天候用于测量，且无需测点间通视。但由于GPS（在高大建筑物底下，或是受到无线电等的干扰，很难接收到卫星和无线电信号，也就无法进行测量）和全站仪（在光线较弱、测点间无通 视等情况下，其测量精度会受到影响）仍有其不可忽视的缺点，在地形图测绘中，若是单独的应用全站仪或GPS RTK系统，都无法在工作效率和作业精度上同时满足需要。而经过多次工程实践证明，将两者联合应用，可使测量工作节时省力，提高了工作效率和地形图的精度，推动地形图测绘迈向一个新阶段。 为此，本文就GPS-RTK联合全站仪在地形图测绘中的应用展开简要阐述，以供参考。

2 GPS-RTK和全站仪的测量原理及两者联合测量的优点

2.1GPS-RTK的测量原理

GPS-RTK的原理是设立一个基准站接收机，经过连续接收卫星信号，测量出自己所在位置的WGS-84坐标，并通过通讯手段发送信号，把自己的接收到的信号和位置等信息传递给移动站。移动站通过接收卫星信号确定自己所在位置在WGS一84坐标系中的坐标。同时，还接收来自基准站的信号，把二者接收到的数据进行实时处理，进行基线的解算。当我们把移动站依次安放在若干的已知点上进行测量后，就可以解算出从WGS-84坐标系到我们当前独立坐标系的转换参数。在后续的图根控制测量或者碎部测量中，即可按计算出的转换参数计算新测的点位的独立坐标系的坐标。

2.2全站仪的测量原理

全站仪是全站型电子速测仪的简称，其是利用三角形及光学原理进行测量、放样。在测量时，将所要测量的区域以三角形把他们连接起来，构成三角网每一个点设置一套棱镜，准确的观测三角形的内角，并至少测定三角网中的一条边的长度和方位角，用一定的投影计算公式，将这些观测成活化算到某一 投影面上，使地面上的三角网转化为投影面上的三角网，以化算后的平面边长为起始边，用平面三角形的正弦定理，依次解算各个三角形，算出所有边长；以换算后的平面坐标方位角为起始坐标方位角，用换算后的平面角，依次算出各边的平面坐标方位角，算出各相邻点间的坐标增量，用已知点的平面直角坐标和坐标增量，逐个求出平面直角坐标。

2.3 GPS-RTK和全站仪联合测量的优点

1.作业效率高。流动站采集1个碎部点仅5s左右，即使是做一级GPS控制点，也只需要几分钟，其作业半径可达几公里，无需迁站。

2.测量精度高（平面精度可达2～3cm），点位精度分布均匀完全满足地形图测量和控制精度要求。

3.GPS-RTK和全站仪联合进行测量，简化了原有的首级、加密、图根的选点、观测、计算过程，大大加快了数据采集速度，缩短了作业时间，降低了生产成本。

4.GPS-RTK和全站仪联合测量碎部点，既解决了水平方向遮挡（全站仪）问题，也解决了上方遮挡（GPS-RTK）问题，避免了单独使用GPS-RTK或全站仪作业的局限性。有时，为了检查GPS所测数据的可靠性，还要用全站仪对其数据进行抽查，保证提交的作业成果质量。

3 GPS-RTK与全站仪联合数据采集

在地形测量中，为了防止测量误差积累，必须遵循“从整体到局部”“先控制后碎部”的原则，即先建立测量控制网，然后根据控制网进行测量。

3.1控制网测量

在布设控制网时，应利用GPS布设一级导线网。布设时，直接以GPS四等点作为起始点，用GPS-RTK技术布设一级GPS点25个，每个GPS点至少与两个相邻的GPS点通视。同时一级GPS控制网严格按照规范要求进行布设和实测，并且尽量每个点位兼顾两个方向的通视，以便全站仪的测量。

GPS-RTK的操作如下：

1.基准站设置：在任意选定的点位上架设好仪器后，用手簿启动基准站接收机，设置基准站各项配置参数（由于基准站是未知点，手簿中建立的坐标系为 WGS84坐标系统，无投影、无转换），并输入基准站的天线高，将基准站的坐标通过单点定位测量出来后存储于所建立的任务中，再进行无线电台的连接，当无线电连接上后，即可将手簿从基站接收机上分离，至此基站设置启动完成。

一般，基准站应架设在测区的中间位置，覆盖范围为10KM。并且基准站要远离各种强电磁干扰源（如高压线、微波站、微波通道、电视台等），周围无明显的大面积信号反射物（如大面积水域、大型建筑物等），从而减少电磁干扰及多路径应对测量成果的影响。

2.流动站设置：连接好流动站接收机、天线、测杆后，用手簿开启接收机，先进行测量类型、电台的配置，使其与基站无线电连接，输入流动站的天线高、卫星高度角（高度角一般选定5度），输入观测时间、次数，设置机内精度，施测，获得数据。

3.RTK地形点测量数据采集：数据采集是用来在当前工程中采集新的地形新征点。

3.2 碎部测量

3.2.1 对于GPS—RTK来说，既可测量图根点，也可进行碎部数据的采集。

3.2.2地形图测绘

利用RTK进行地形图测量时，在一个已知GPS控制点上安置好基准站，然后根据其他已知点求定转换参数后，流动站即可进行数据采集。在采集过程中，遇到高大建筑物、高压线、高大树木时，GPS信号会受到干扰，影响测量精度，此时，需要用全站仪进行测量。

全站仪的操作如下：

将全站仪置于图根导线点上设站、定向、检查，施测碎部点坐标和高程点，利用全站仪内部存储器记录观测数据、野外绘制草图、记录观测点号和相应地物。

其具体步骤为：（1）在菜单模式下选择数据采集文件，使其所采集数据存储在该文件中；（2）选择坐标数据文件，进行测站坐标数据及后视坐标数据调用；（3）设置测站点，输入仪器高和测站点号及坐标；（4）设置后视点，通过测量后视点进行定向，确定方位角；（5）按碎部点键进入待测点测量显示；（6）依次输入点号、编码、棱镜高，按测量键；（7）选择采集数据的格式，仪器完成对待测点的测量并自动记录数据；（8）返回到下点测量界面，点号自动加1，仪器残疾的数据格式，默认为上次选定的格式。

3.3内业成图

用RTK软件把所测碎部点和全站仪记录的数据传输至计算机，将数据格式转换为开思软件数据格式。并在开思软件中展绘，对应草图绘制数字化地形图。

4成果分析

为了检验RTK图根点实际精度，同时也为了检验测量是否有误，RTK测量结束后，应用全站仪对部分通视图根点间的相对位置关系进行了实测检查。如果实测检查中图根点位的误差符合《地形测 量规范》中的相关标准，即表示所测结果完全符合图根控制和碎部点 精度要求。

根据技术规程的要求，图根点对于最近控制点的平面位置中误差不得大于10 cm，检查的图根点控制测量的最弱点点位中误差为：±4.5 cm，满足精度要求。高程中误差不得大于测图基本等高距的1/10，即20 cm，经检查200处的高程值，98％的误差在±12 cm左右，最大误差+18.9 cm。

5结束语

综上所述，全站仪和GPS技术已成为现代测绘技术的重要组成部分，在数字化地形图测绘中应用也越来越广泛。由于全站仪和GPS技术自身均有缺陷和不足，将两者单独地应用于地形图测量中，均难以满足精度要求，而将两者联合应用，为地形图测绘的数字化提供了最为简单经济又行之有效的手段，在保证精度的前提下可以提高测量速度，减轻劳动强度，在未来的测绘中有很大的开发空间。

参考文献：

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[2]孙斌，王飞，马程帅.全站仪与GPS技术在数字化地形图中的应用[J].河南水利与南北水调，2011（20）.

[3]陈洪刚，李红光.浅析全站仪在地形测绘中的应用[J].活力，2011（6）.