基于差分GPS技術(shù)的梅縣地籍測(cè)量實(shí)施研究

摘 要：本文以差分GPS技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用為研究對(duì)象，以筆者參與的梅縣土地調(diào)查項(xiàng)目為研究背景，論文首先分析了地籍測(cè)量的精度要求，進(jìn)而結(jié)合工程背景，按照RTK地籍測(cè)量的流程探討了各項(xiàng)技術(shù)方法，并在此基礎(chǔ)上，給出了精度分析方法，全文是筆者長(zhǎng)期工作實(shí)踐基礎(chǔ)上的技術(shù)總結(jié)，相信對(duì)同行能有所裨益。

關(guān)鍵詞：RTK 地籍測(cè)量 控制測(cè)量 碎部測(cè)量 精度分析

中圖分類號(hào)：P2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）07（b）-0036-02

1 實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)

差分GPS（DGPS）是最近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新的測(cè)量方法。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（Real Time Kinematic簡(jiǎn)稱RTK）測(cè)量技術(shù)，也稱載波相位差分技術(shù)，是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新突破。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的基本思想是，在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站。在流動(dòng)站上，GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度。

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量系統(tǒng)主要由以下三部分構(gòu)成。

（1）衛(wèi)星信號(hào)接收系統(tǒng)在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量系統(tǒng)中。應(yīng)至少包含兩臺(tái)GPS接收機(jī)，分別安置在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站上。當(dāng)基準(zhǔn)站同時(shí)為多用戶服務(wù)時(shí)，應(yīng)采用雙頻GPS接收機(jī)，其采樣率與流動(dòng)站采樣率最高的相一致。（2）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)鏈）。由基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)發(fā)射裝置與流動(dòng)站數(shù)據(jù)接收裝置組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵性設(shè)備。其穩(wěn)定性依賴于高頻數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的可靠性與抗干擾性。為了保證足夠的數(shù)據(jù)傳輸距離及信號(hào)強(qiáng)度，一般在基準(zhǔn)站還需要附加功率放大設(shè)備。（3）軟件解算系統(tǒng)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量的軟件解算系統(tǒng)對(duì)于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果的精確性與可靠性，具有決定性的作用。

在具體外業(yè)測(cè)量中，可以根據(jù)精度要求的不同，選用靜態(tài)差分定位，快速靜態(tài)差分定位，動(dòng)態(tài)差分定位或?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)差分（RTK）等不同的作業(yè)模式。

2 地籍測(cè)量的精度要求

地籍測(cè)量是測(cè)定和調(diào)查土地及其上附著物的權(quán)屬、位置、質(zhì)量、數(shù)量和利用現(xiàn)狀等基本狀況的測(cè)繪工作，屬于工程測(cè)量的一部分。地籍測(cè)量的常規(guī)測(cè)量方法是先采用全站儀導(dǎo)線測(cè)量布設(shè)控制點(diǎn)，然后在導(dǎo)線控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行宗地界址點(diǎn)的碎部測(cè)量。導(dǎo)線測(cè)量經(jīng)常受到起算控制點(diǎn)密度不足、測(cè)站之間通視差以及精度不均勻等問(wèn)題的困擾，而且耗費(fèi)人力、時(shí)間和資金。隨著近些年GPSR TK技術(shù)的出現(xiàn)以及GPS接收機(jī)空間定位精度的不斷提高，GPS RTK已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到控制測(cè)量、地形圖測(cè)量、地籍測(cè)量和房產(chǎn)測(cè)量中。使用GPS RTK進(jìn)行空間定位具有定位精度高、觀測(cè)時(shí)間短、測(cè)站間無(wú)需通視、操作簡(jiǎn)便以及全天候作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)。

2.1 地籍控制測(cè)量精度要求

地籍控制測(cè)量必須遵循從整體到局部，由高級(jí)到低級(jí)分級(jí)控制（分級(jí)布網(wǎng)，但也可越級(jí)布網(wǎng)）的原則。

地籍控制測(cè)量分為基本控制測(cè)量和地籍控制測(cè)量?jī)煞N。基本控制測(cè)量分一、二、三、四等，可布設(shè)相應(yīng)等級(jí)的三角網(wǎng)（鎖）、測(cè)邊網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)84e964763ff19dda7cf5ceea8b18a656和GPS網(wǎng)等。在基本控制測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行地籍控制測(cè)量工作，分為一、二級(jí)，可布設(shè)為相應(yīng)級(jí)別的三角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)和GPS網(wǎng)。

2.2 地籍碎部測(cè)量精度要求

地籍碎部測(cè)量即界址點(diǎn)和地物點(diǎn)坐標(biāo)、地類要素的獲取，包括定境界線，土地權(quán)屬界址線和界址點(diǎn)，房屋及其他構(gòu)筑物的實(shí)地輪廓，鐵路、公路、街道等交通線路，海岸、灘涂等主要水工設(shè)施的測(cè)繪。界址點(diǎn)是界址線或邊界線的空間或?qū)傩缘霓D(zhuǎn)折點(diǎn)，而界址點(diǎn)坐標(biāo)是在某一特定的坐標(biāo)系中利用測(cè)量手段獲取的一組數(shù)據(jù)，即界址點(diǎn)地理位置的數(shù)學(xué)表達(dá)。界址點(diǎn)坐標(biāo)的精度，可根據(jù)測(cè)區(qū)土地經(jīng)濟(jì)價(jià)值和界址點(diǎn)的重要程度來(lái)加以選擇。在我國(guó)。考慮到地域之廣大和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，對(duì)界址點(diǎn)精度的要求也應(yīng)有不同的等級(jí)。

3 工程概況

本次地籍測(cè)量的作業(yè)區(qū)域位于梅縣新縣城，面積為8 km2。測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，平均高程2000（85） m左右，地勢(shì)大體平坦，東北低，西南略高。經(jīng)過(guò)測(cè)算，整個(gè)測(cè)區(qū)界址點(diǎn)數(shù)為2.6萬(wàn)個(gè)。如果采用全站儀進(jìn)行控制點(diǎn)測(cè)量和界址點(diǎn)測(cè)量，按照投人4個(gè)作業(yè)組（每組4人）進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)作業(yè)組一天測(cè)量100個(gè)界址點(diǎn)，則需65天，若用GPS RTK方法進(jìn)行界址點(diǎn)測(cè)量，將4個(gè)作業(yè)組拆分為8個(gè)作業(yè)小組（每組2人），力爭(zhēng)每個(gè)作業(yè)小組一天測(cè)量100個(gè)界址點(diǎn)以上，從而將外業(yè)測(cè)量時(shí)間壓縮到33天以內(nèi)。

4 實(shí)施方案與精度評(píng)定

4.1 作業(yè)流程

作業(yè)流程的科學(xué)化是數(shù)字測(cè)量的關(guān)鍵，結(jié)合測(cè)區(qū)已有的資料，以有關(guān)規(guī)程、規(guī)范為依據(jù)，設(shè)計(jì)作業(yè)流程，如圖1所示。

4.2 控制測(cè)量

常規(guī)的地籍控制測(cè)量采用三角網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)方法來(lái)施測(cè)，這些測(cè)量方法要求相鄰控制點(diǎn)之間必須通視，技術(shù)規(guī)范對(duì)導(dǎo)線的長(zhǎng)度、圖形都有相應(yīng)的要求，而且，在外業(yè)測(cè)設(shè)過(guò)程中不能實(shí)時(shí)知道導(dǎo)線的精度，如果測(cè)設(shè)完成后，回到內(nèi)業(yè)進(jìn)行平差處理后，發(fā)現(xiàn)測(cè)量精度不符合規(guī)范要求的，還必須返工重測(cè)。

GPS RTK技術(shù)解決了常規(guī)控制測(cè)量中的這些問(wèn)題，這種方法在測(cè)量過(guò)程中不要求點(diǎn)與點(diǎn)之間的通視，不要求進(jìn)行導(dǎo)線平差，對(duì)控制點(diǎn)之間的圖形、邊長(zhǎng)也沒(méi)有什么要求，而且，采用實(shí)時(shí)GPS RTK測(cè)量能實(shí)時(shí)獲得定位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)及精度，測(cè)量控制器上會(huì)實(shí)時(shí)顯示坐標(biāo)及其點(diǎn)位精度，如果點(diǎn)位精度滿足要求了，用戶就可以將坐標(biāo)的均值、精度及圖形屬性存貯到電子手簿中，一般測(cè)量一個(gè)控制點(diǎn)在幾分鐘甚至于幾秒鐘內(nèi)就可完成。這樣可以大大提高作業(yè)效率。在地籍測(cè)圖和勘測(cè)定界工作中，如果把RTK用于控制測(cè)量，布設(shè)測(cè)圖控制網(wǎng)，不僅可以大大減少人力強(qiáng)度、節(jié)省費(fèi)用，而且大大提高工作效率。

在應(yīng)用GPS RTK布設(shè)控制網(wǎng)前，應(yīng)采用GPS RTK的點(diǎn)校正功能求出測(cè)區(qū)WGS-84坐標(biāo)與80或54坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，以避免投影變形過(guò)大，得不到更精確的控制點(diǎn)坐標(biāo)成果。

（1）參考站位置的選擇。

選擇參考站時(shí)，GPS天線平面15°傾角以上無(wú)大片障礙物阻擋衛(wèi)星信號(hào)，參考站至測(cè)區(qū)的視野應(yīng)開(kāi)闊，無(wú)高大建筑物或高山阻擋，盡量使用高增益天線，以增加作用距離。參考站四周100 m內(nèi)無(wú)大的電磁波輻射源，如微波站、高壓線等。在較遠(yuǎn)距離工作時(shí)，將參考站設(shè)置在高樓頂或山頂上，提高參考站的高度。將電臺(tái)天線放到盡量遠(yuǎn)離GPS天線和主機(jī)的地方，以防電磁波干擾。

（2）流動(dòng)站的作業(yè)環(huán)境要求。

流動(dòng)站應(yīng)避免在密集樓群里、樹叢中或高壓線下使用。在同時(shí)接收到5顆衛(wèi)星的情況下，流動(dòng)站可以開(kāi)始作業(yè)。由于電臺(tái)通訊的無(wú)線電頻率高，具有直線傳播的特性，因此流動(dòng)站距參考站的距離在市區(qū)不超過(guò)4 km，郊區(qū)不超過(guò)7 km。

（3）數(shù)據(jù)鏈的設(shè)置。

主機(jī)中GPS接收部分與數(shù)據(jù)鏈部分一體化，便于攜帶。數(shù)據(jù)鏈采用了高增益的天線（發(fā)射功率為15 W，且最高可調(diào)至35 W），使得參考站在距離遠(yuǎn)的情況下仍然保持較好的穩(wěn)定性，一般無(wú)需設(shè)置無(wú)線電中繼站。數(shù)據(jù)鏈采用電臺(tái)通訊，為使數(shù)據(jù)傳播性能可靠、誤碼率低，作業(yè)時(shí)采用甚高頻（UHF）或超高頻（VHF）模式。電臺(tái)發(fā)射天線需要架設(shè)在高處，以提高RTK作業(yè)的有效距離。

4.3 碎部測(cè)量

傳統(tǒng)的碎部測(cè)量一般是根據(jù)測(cè)區(qū)已有的圖根控制點(diǎn)，利用平板儀測(cè)圖或使用全站儀測(cè)圖，使用全站儀時(shí)，測(cè)每個(gè)點(diǎn)均翰人該點(diǎn)的地物編碼。然后再利用成圖軟件成圖，這些方法作業(yè)時(shí)要求測(cè)站點(diǎn)和被測(cè)的周圍地物地貌等碎部點(diǎn)之間一定要通視，而且一臺(tái)儀器至少要求2～3人同時(shí)進(jìn)行作業(yè)。

采用RTK技術(shù)進(jìn)行測(cè)圖時(shí)，不要求通視，架設(shè)好基準(zhǔn)站后，僅需一人拿著儀器便可以開(kāi)始測(cè)量。測(cè)量時(shí)，測(cè)量員在儀器已經(jīng)初始化（獲得固定解）的情況下，在要測(cè)的地形地貌碎部點(diǎn)上，將測(cè)桿對(duì)中、讓氣泡居中后，開(kāi)始測(cè)量幾秒鐘，就能獲得該點(diǎn)的坐標(biāo)，精度達(dá)到要求后就可保存，保存點(diǎn)時(shí)輸人該點(diǎn)的特征編碼，把一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形地物點(diǎn)位測(cè)定后，利用專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸和處理軟件可以輸出所有的測(cè)量點(diǎn)。用RTK技術(shù)測(cè)定點(diǎn)位不要求點(diǎn)間通視，僅需一人操作，便可完成測(cè)圖工作，大大提高了測(cè)圖的工作效率。

4.4 放樣

放樣是測(cè)量的一個(gè)應(yīng)用分支，在地籍測(cè)量中和工程施工中經(jīng)常使用。它要求通過(guò)一定方法采用一定儀器把人為設(shè)計(jì)好的點(diǎn)位在實(shí)地給標(biāo)定出來(lái)。放樣的方法很多，如經(jīng)緯儀交會(huì)放樣，全站儀的邊角放樣，距離交會(huì)等等，利用以上方法放樣出點(diǎn)的位置時(shí)，往往需要根據(jù)測(cè)量的結(jié)果來(lái)回移動(dòng)目標(biāo)，直至到達(dá)點(diǎn)位。放樣同測(cè)圖一樣，需要通視情況良好，需要跑尺者和觀測(cè)者，工作效率低。

采用RTK技術(shù)放樣時(shí)，可以在室內(nèi)用專用軟件將要放樣的點(diǎn)（或線）坐標(biāo)編輯好，傳輸?shù)紾PS的手簿中，便可以在野外進(jìn)行操作。操作時(shí)，按提示選擇放樣點(diǎn)后，GPS RTK會(huì)實(shí)時(shí)解算出天線所在位置的坐標(biāo)，同時(shí)與待放樣的坐標(biāo)進(jìn)行比較，得出兩者之間的坐標(biāo)差，再通過(guò)手簿的界面文字和圖形導(dǎo)航到點(diǎn)。以Trimble 5700為例，執(zhí)行放樣操作后，手簿屏幕上文字界面會(huì)出現(xiàn)距離放樣點(diǎn)的水平距離、垂直距離，圖形界面會(huì)出現(xiàn)箭頭和指北方向，指示該往哪個(gè)方向放樣點(diǎn)靠近，當(dāng)儀器在距離放樣點(diǎn)3 m之內(nèi)時(shí)，箭頭消失，放樣點(diǎn)用圓環(huán)表示，GPS天線的位置用十字絲顯示。這種作業(yè)方法能很方便地找到放樣點(diǎn)。

4.5 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)采集數(shù)據(jù)后，及時(shí)對(duì)外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。

通過(guò)全站儀通訊軟件把數(shù)據(jù)下載到計(jì)算機(jī)中，再通過(guò)其他輔助軟件編輯將數(shù)據(jù)存為*.DAT格式，用CASS6.0成圖軟件展繪碎部測(cè)量點(diǎn)，結(jié)合宗地草圖和預(yù)設(shè)編碼進(jìn)行初步成圖，同時(shí)加載地籍各個(gè)要素，做到地籍圖圖形數(shù)據(jù)的完整性和正確性。待一切就緒，就可生成不同比例尺的宗地圖、界址點(diǎn)成果表、界址調(diào)查表、宗地屬性表等相關(guān)內(nèi)容，為地籍信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立做好準(zhǔn)備。

4.6 數(shù)字地籍圖編譯和地籍管理信息系統(tǒng)的建立

在一個(gè)宗地成圖結(jié)束后，首先是內(nèi)業(yè)復(fù)查，根據(jù)宗地草圖及地籍調(diào)查表在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行全面的審核，是否有漏測(cè)和處理不當(dāng)?shù)牡胤?，并加以修改。比如注記房屋的層?shù)與結(jié)構(gòu)、單位名稱、道路名稱、河流名稱、宗地門牌號(hào)等。如果沒(méi)有問(wèn)題，則可以自動(dòng)生成界址線、注記本宗地相鄰界址點(diǎn)間的距離、界址點(diǎn)編號(hào)等工作，同時(shí)交土地管理部門審查。

利用MAP GIS軟件編制*.WT和*.WL文件以及MAP.ZD文本文件，也可利用RDCIS軟件編制*.EBF和*.EBP文件，調(diào)用軟件的“用交換文件生成圖形”的功能來(lái)生成地籍圖。由于MAPCIS成圖的局限性，可以利用CASS6.0成圖，然后再將圖形文件（*.DWG）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)交換文件*.DXF，再到MAPGIS軟件環(huán)境下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成需要的數(shù)據(jù)庫(kù)入庫(kù)數(shù)據(jù)，如圖2所示。

5 測(cè)距儀測(cè)距精度分析

用測(cè)距儀測(cè)量時(shí)，高差公式為：

目前常用的測(cè)距儀標(biāo)稱精度為±（5 mm+5 ppmD），對(duì)誤差精度分析如下。

5.1 測(cè)距誤差的影響

5.2 對(duì)高差誤差的影響

若只進(jìn)行單向觀測(cè)，當(dāng)斷離超過(guò)300 m時(shí)，應(yīng)加上地球曲率和大氣折光改正數(shù)，此時(shí)高差公式應(yīng)為：

對(duì)高差誤差的影響為：

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上面的分析與計(jì)算，可以得出當(dāng)用經(jīng)緯儀測(cè)量時(shí)，測(cè)距誤差及高差誤差與豎直角大小有關(guān)，測(cè)距誤差與豎直角大小成正比，隨著豎直角的增加，測(cè)距相對(duì)誤差增大。

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