GPS-RTK技术在数字化地形测量中的应用探究

GPS-RTK技术在数字化地形测量中的应用探究摘要：为了提升地形测量的精度与效率，通过介绍基于全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）、实时动态（RealTimeKinematic，RTK）技术的地形数字化测量方法设计，详细分析了数字化地形测量的各项准备工作，包括GPS-RTK探测仪器的准备与技术方案设计、控制网的布设等。随后，阐述了数据采集与测量的具体步骤，包括通信接口的设置、数据采集方法，以及数据处理与地形测量的关键环节，如数据合适转换、高程值处理与数字化成图技术。研究表明：采用GPS-RTK技术进行地形数字化测量，不仅能够显著提高测量的精度，还能够大幅缩短测量周期，为地形图的快速、准确绘制提供有力支持，展现出GPS-RTK技术在地形测量领域的广阔应用前景。关键词：全球定位系统实时动态技术地形数字化测量探测高程值ExplorationofGPS-RTKTechnologyApplicationinDigitalTerrainSurveyingCHENGChunyangHefeiSurveyingandMappingDesignandResearchInstituteCo.，Ltd.，Hefei，AnhuiProvince，230061ChinaAbstract：Inordertoimprovetheaccuracyandefficiencyofterrainmeasurement，thisarticleintroducesthedesignofterraindigitalmeasurementmethodbasedonGlobalPositioningSystem（GPS）andRealTimeKinematic（RTK）technology，andanalyzesindetailthevariouspreparationsworkofdigitalterrainmeasurement，includingthepreparationandtechnicalschemedesignofGPS-RTKdetectioninstruments，andthelayoutofcontrolnetworks.Subsequently，thearticleelaboratesonthespecificstepsofdatacollectionandmeasurement，includingthesettingofcommunicationinterfaces，datacollectionmethods，andkeylinksindataprocessingandterrainmeasurement，suchasappropriatedataconversion，elevationvalueprocessing，anddigitalmappingtechnology.TheresearchindicatesthatusingGPS-RTKtechnologyfordigitalterrainmeasurementcannotonlysignificantlyimprovemeasurementaccuracy，butalsogreatlyshortenthemeasurementcycle，providingstrongsupportfortherapidandaccuratedrawingofterrainmaps，demonstratingthebroadapplicationprospectsofGPS-RTKtechnologyinthefieldofterrainmeasurement.KeyWords：GlobalPositioningSystem;RealTimeKinematic;Terrain;Digital;Measurement;Measurement;Elevationvalue随着科技的飞速发展和信息化时代的到来，地形测量技术正经历着前所未有的变革。虽然全站仪、经纬仪等传统的地形测量方，在一定程度上满足了工程测量的需求，但其操作复杂、耗时较长、对人力物力需求大等缺点日益凸显。因此，寻找一种更为高效、准确的地形测量技术显得尤为重要[1]。全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）、实时动态（RealTimeKinematic，RTK）技术正是在此种背景下应运而生，并逐渐成为地形测量领域的一种重要工具。GPS-RTK技术以载波相位观测量为基础，通过实时差分处理，能够迅速提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的定位精度。此项技术不仅提高了测量的精度和效率，还减轻了测量人员的工作强度[2]。下文将对此项技术的应用展开研究。1数字化地形测量准备工作1.1GPS-RTK探测仪器准备考虑测量区域的地理特征、气候条件、电磁干扰等因素，选择适应性强、性能稳定的仪器设备。在保证测量精度和效率的前提下，合理控制设备成本，实现经济效益最大化[3]。为满足此方面需求，对选用的GPS-RTK探测仪器技术参数进行分析，如表1所示。根据测量需求，配置相应的测量软件和数据处理软件，确保仪器能够正常工作并处理数据[4]。1.2布设控制网在控制网布置中，需要对控制点的精度进行估算。计算公式如下[5]。式（1）中：表示控制点的中误差（即精度）；表示观测值的方差；表示观测值的数量。此公式用于估算在给定观测条件下，控制点可能达到的精度水平。控制网平差是控制网布置中的重要步骤，用于消除观测误差，提高测量精度。常用的平差公式为最小二乘法公式，其一般形式为：式（2）中：表示代表观测值与计算值之间的残差向量；表示计算次数；表示权矩阵，为各观测值的权重，式（2）的目标是找到一组最优的控制点坐标，使残差向量的加权平方和最小。按照控制网布置原则，在测量区域内选择稳定、通视性好的位置作为控制点[6]。2数据采集与测量2.1通信接口设置在完成测量仪器的初步设置后，系统将自动弹出通讯接口设置对话框，用于配置GPS与测深仪的通讯参数。为确保仪器间的正常连接与工作，通信参数的设置需严格遵循产品说明书中的推荐值[7]。表2中记录了GPS接口参数设置数据。测深仪接口设置：与GPS接口不同，测深仪的通信参数可能需要更细致的调整，以匹配特定的水下测量需求。表3中记录了测深仪接口参数设置数据。2.2数据采集在数据采集阶段，关注GPS数据、水深数据与数据存储路径的设置。数据的记录方式多样，主要包括按距离、按时间和手工3种模式。记录条件方面，有单点定位与差分定位2种选择[8]。水深数据采集定义在多少个位置点中采集一次水深数据，通常设置为每个位置都采集。文件命名结合了测线名称与起始ID号，如“Ln1.dat”“Ln2.dat”等。每次测量结束后重新开始，起始ID号会自动递增。总记录次数可以依据下述公式计算得出。式（3）中：表示总记录次数；表示总测量距离；表示记录距离。3数据处理与地形测量3.1数据合适转换与高程值处理利用相关水位观测部门提供的水面水位观测值，将这些观测值转换至一个统一的改正基准面。在这个过程中，充分考虑多种可能影响水位的因素，并据此综合计算出改正数。随后，结合所测得的水深值，通过以下数学公式计算得出水下地形点的高程值。式（4）中：表示水下地形点的高程值；表示由水位观测部门提供的水面水位观测值；表示经过综合考量多种因素后得出的改正数；表示通过测量获得的水深值。收集的水位观测资料涵盖了4个重要监测站点，这些站点的数据经过对比分析后显示，其中一个较大水域的水位波动幅度约为0.8m，而另一较小水域的水位变化则较为平稳。3.2数字化成图经过野外数据采集与处理流程，完成数字化成图的前期数据筹备工作。借助专业的应用软件，制作出1：10000比例尺的水域数字化地图，并基于该数字地图实现多种工程应用功能，如绘制剖面图、评估特定区域的容量、以及计算指定区域的土方量等。该水域1：10000的数字化成图工作主要依赖一款水上成图软件（版本5.0），同时部分图形处理工作也在AutoCAD平台上直接完成。数字化成图的核心步骤涵盖点的布局、模型的构建、等高线的绘制。通过利用软件自带的“地貌线”符号库及相关的绘图工具，整个数字化成图任务得以完成。4测量结果校验为了确保测量结果的准确性，需要对测量数据进行校验。在测量区域内选择已知坐标的点作为校验点，使用GPS-RTK技术进行测量，并将测量结果与已知坐标进行比较，计算误差。统计实验结果如图1所示。从图1可以看出，本文方法测量结果最大误差未超过0.06m，整体误差较小，说明测量结果十分精准。通过本文研究，得到如下结论：GPS-RTK技术的应用不仅提升了测量精度与效率，还直接提升了项目质量与经济效益。采用GPS-RTK技术进行地形测量后，项目设计精度得到了显著提升，施工误差大幅减少，从而确保了工程质量。[1]万文韬.东莞市高山区域数字化地形图测量方法研究[J].测绘与空间地理信息，2024，47（9）：147-150.[2]陈伟.数字化测绘技术在工程测量中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市，2024（7）：52-54.[3]赵永继，李崇英.数字化测量技术在矿山测量中的应用分析[J].中国金属通报，2024（7）：225-227.[4]韩丹.数字化测量技术在城市规划中的应用[J].数字技术与应用，2024，42（7）：93-95.[5]杜丹幼.浅谈数字化测绘技术在复杂地形中的应用情况