GPS—RTK在地籍測(cè)繪工作中的應(yīng)用

東莞市大嶺山鎮(zhèn)測(cè)繪隊(duì) 廣東東莞 523000

摘要：本文主要針對(duì)GPS-RTK在地籍測(cè)繪工作中的應(yīng)用展開(kāi)了探討，對(duì)GPS-RTK技術(shù)作了全面的介紹，詳細(xì)闡述了RTK技術(shù)在地籍測(cè)繪中的應(yīng)用，并結(jié)合具體實(shí)例，對(duì)GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用作了系統(tǒng)分析，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：地籍測(cè)繪；GPS-RTK；應(yīng)用探討

0 引言

所謂的GPS-RTK，是一種新的常用的GPS測(cè)量方法，并憑借著具有天候觀測(cè)、布點(diǎn)靈活、精度高和計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，如今在地籍測(cè)繪的工作中得到了廣泛的應(yīng)用。而如何更為有效的推動(dòng)GPS-RTK的應(yīng)用，為地籍測(cè)繪速度和精度的提高帶來(lái)幫助，成為了相關(guān)工作者所要探索的問(wèn)題。

1 GPS-RTK技術(shù)

1.1 基本原理

RTK技術(shù)采用差分GPS中的載波相位差分。這三類差分方式都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由流動(dòng)站接收并對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果，所不同的是發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。前兩類定位誤差的相關(guān)性會(huì)隨基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的空間距離的增加其定位精度迅速降低，故RTK采用載波相位差分方法。

RTK的工作原理是將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)置于流動(dòng)站上，基準(zhǔn)站對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，將采集的載波相位觀測(cè)值和站點(diǎn)坐標(biāo)信息通過(guò)數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站在觀測(cè)GPS衛(wèi)星并采集相應(yīng)載波相位觀測(cè)值的同時(shí)，也接收來(lái)自基準(zhǔn)站的信號(hào)，經(jīng)解調(diào)得到基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)值。流動(dòng)站再利用OTF技術(shù)由基準(zhǔn)站的載波相位觀測(cè)值和流動(dòng)站的的載波相位觀測(cè)值求解整周模糊度，進(jìn)行實(shí)時(shí)差分及平差處理，并根據(jù)基準(zhǔn)站的站點(diǎn)坐標(biāo)求得本站的坐標(biāo)。這種方法的關(guān)鍵在于求解起始的整周模糊度即初始化，因此要求有足夠數(shù)量的衛(wèi)星和衛(wèi)星具有較好的幾何分布（PDOP值≤6）。為消除衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘的鐘差，削弱衛(wèi)星星歷誤差、電離層延遲誤差和對(duì)流層延遲誤差的影響，RTK通常都采用雙差觀測(cè)值。

1.2 測(cè)量方法

（1）“無(wú)投影/無(wú)轉(zhuǎn)換”法。該種方法直接用接收機(jī)在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站接收WGS-84坐標(biāo)，其后利用觀測(cè)的已知點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)和相應(yīng)的地方坐標(biāo)根據(jù)一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種方法基準(zhǔn)站不一定要安置在已知點(diǎn)上，但根據(jù)不同的轉(zhuǎn)換方法，需要測(cè)量一定數(shù)量的已知點(diǎn)。

（2）“鍵入?yún)?shù)”法。把用靜態(tài)觀測(cè)求得的WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)鍵入到手薄中，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也可以直接輸入靜態(tài)觀測(cè)平差求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)。該方法基準(zhǔn)站需架設(shè)在已知點(diǎn)上，但可以不觀測(cè)其他已知點(diǎn)。

1.3 測(cè)繪質(zhì)量控制方法

（1）已知點(diǎn)檢核比較法

用RTK測(cè)出已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題即采取措施改正。

（2）重測(cè)比較方法

每次初始化成功后，先重新測(cè)量1～2個(gè)之前已經(jīng)使用RTK測(cè)量過(guò)的點(diǎn)，確認(rèn)無(wú)誤后，再進(jìn)行工作。

（3）電臺(tái)變頻實(shí)時(shí)檢測(cè)方法

在測(cè)量區(qū)域內(nèi)建立兩個(gè)或者兩個(gè)以上的基準(zhǔn)站，每個(gè)基準(zhǔn)站采用不同頻率發(fā)送改正數(shù)據(jù)，而流動(dòng)站通過(guò)變換頻率分別接收每個(gè)基準(zhǔn)站的改正數(shù)據(jù)，將得到的兩個(gè)或兩個(gè)以上的解算結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，即可判斷其質(zhì)量的水平。

以上這些方法，已知點(diǎn)檢核比較法較為穩(wěn)定可靠。但控制點(diǎn)的數(shù)量總是有限的，沒(méi)有控制點(diǎn)的區(qū)域則需要采用重測(cè)比較方法檢驗(yàn)測(cè)量成果，而電臺(tái)變頻實(shí)時(shí)檢測(cè)方法需要配備兩臺(tái)以上（包含兩臺(tái)）基準(zhǔn)站才能發(fā)揮作用。

2 RTK技術(shù)在地籍測(cè)繪中的應(yīng)用

地籍測(cè)繪是對(duì)地塊權(quán)屬界線的界址點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行精確測(cè)定，并把地塊及其附屬物的位置、面積、權(quán)屬關(guān)系和利用狀況等要素準(zhǔn)確地繪制在圖紙上和記錄在專門的表冊(cè)中。地籍測(cè)繪除能為土地管理提供保障外，還為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各相關(guān)部門提供信息和服務(wù)。地籍測(cè)繪的內(nèi)容包括地籍控制測(cè)量和地籍碎步測(cè)量。地籍測(cè)繪遵循從整體到局部、先控制后碎步的原則。

2.1 RTK技術(shù)在地籍圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用

地籍圖根控制測(cè)量是在地籍基本控制測(cè)量的基礎(chǔ)上加密，直接滿足解析界址點(diǎn)和地籍圖測(cè)繪的要求。地籍圖根控制測(cè)量主要采用導(dǎo)線網(wǎng)、圖根三角測(cè)量和GPS相對(duì)定位網(wǎng)施測(cè)的方法。傳統(tǒng)的地籍圖根控制測(cè)量如導(dǎo)線網(wǎng)或圖根三角測(cè)量等方法，不僅費(fèi)工費(fèi)時(shí)，要求點(diǎn)間通視，而且精度分布不均勻。利用GPS靜態(tài)或者快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量，不需要各點(diǎn)之間通視就能夠精準(zhǔn)地進(jìn)行控制測(cè)量。不過(guò)采取這種方式需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位和了解精度，如果經(jīng)過(guò)內(nèi)業(yè)處理后不能達(dá)到要求，就必須進(jìn)行重新測(cè)量。但使用RTK技術(shù)進(jìn)行圖根控制測(cè)量，不但可以實(shí)時(shí)地知道定位的結(jié)果，而且可以實(shí)時(shí)了解定位的精度，大大提高了作業(yè)的效率。在當(dāng)下，RTK技術(shù)已經(jīng)廣泛用于地籍圖根控制測(cè)量。

根據(jù)《城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程》和《城市測(cè)量規(guī)范》規(guī)定，圖根控制點(diǎn)相對(duì)于起算點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不應(yīng)大于O.O5m，高程中誤差相對(duì)于起算點(diǎn)不應(yīng)大于1/1O基本等高距H/m，如表1所示。

表1 圖根點(diǎn)點(diǎn)位中誤差和高程中誤差

2.2 RTK技術(shù)在地籍碎步測(cè)量中的應(yīng)用

地籍測(cè)繪中需要將地物、地貌的特征點(diǎn)測(cè)繪到圖紙上，這些特征點(diǎn)又稱為碎部點(diǎn)。相對(duì)于地籍控制測(cè)量而言，測(cè)繪具體的地物和地貌是測(cè)區(qū)碎部，因此稱為地籍碎部測(cè)量。地籍碎步測(cè)量是地籍測(cè)繪的核心，是在地籍控制測(cè)量的基礎(chǔ)上測(cè)繪每宗土地的權(quán)屬界線、位置、形狀及地類界限等并計(jì)算面積、繪制地籍圖和宗地圖。

地籍碎步測(cè)量主要采用RTK和全站儀施測(cè)，對(duì)于視野開(kāi)闊、GPS信號(hào)好的地方采用RTK測(cè)量，對(duì)于房屋密集及比較隱蔽的地方采用全站儀施測(cè)。對(duì)于某些全站儀和RTK均不能測(cè)量的特殊碎部點(diǎn)，再輔助手持測(cè)距儀、皮尺等工具測(cè)量。

將RTK技術(shù)運(yùn)用到地籍碎步測(cè)量中，使每一宗土地的權(quán)屬界址點(diǎn)的測(cè)量只需要一個(gè)人就可以完成。操作員只需帶著RTK到相關(guān)的位置，輸入特征編碼，在點(diǎn)位精度符合要求的情況下，用電子手薄測(cè)定記錄該區(qū)域內(nèi)的碎部點(diǎn)，再用專業(yè)的測(cè)圖軟件繪制成圖。RTK測(cè)定點(diǎn)位不需要點(diǎn)間通視，因此采用RTK技術(shù)可以大幅提高測(cè)量的工作效率。

根據(jù)《地籍測(cè)繪規(guī)范》規(guī)定，界址點(diǎn)的精度分三級(jí)，如表2所示，各級(jí)界址點(diǎn)相對(duì)于鄰近控制點(diǎn)的點(diǎn)位誤差和間距超過(guò)5Om的相鄰界址點(diǎn)間距誤差不超過(guò)表2的規(guī)定；間距未超過(guò)5Om的界址點(diǎn)間的間距誤差限差不應(yīng)超過(guò)式（1）計(jì)算結(jié)果。需要測(cè)定建筑物角點(diǎn)的坐標(biāo)時(shí)，建筑物角點(diǎn)坐標(biāo)的精度等級(jí)和限差執(zhí)行與界址點(diǎn)相同的標(biāo)準(zhǔn)。

表2 界址點(diǎn)精度指標(biāo)

ΔD=±（mi+O.O2miD）， （1）

式中：mi為相應(yīng)等級(jí)界址點(diǎn)規(guī)定的點(diǎn)位中誤差，單位m；D為相鄰界址點(diǎn)間的距離，單位m；ΔD為界址點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算的邊長(zhǎng)與實(shí)量邊長(zhǎng)較差的限差，單位m.

3 實(shí)例分析

3.1 測(cè)區(qū)概況

本測(cè)區(qū)位于我鎮(zhèn)東南郊，地勢(shì)比較平坦，但由于房屋、魚塘密布，又有樹林、灌木遮擋，使用全站儀難以通視。本次需測(cè)量的宗地地塊面積較大，呈帶狀分布，宗地?cái)?shù)目多，作業(yè)權(quán)屬關(guān)系復(fù)雜，權(quán)屬界址點(diǎn)數(shù)量大，采用傳統(tǒng)測(cè)量手段很難在短時(shí)間內(nèi)完成所有宗地的權(quán)屬界址點(diǎn)測(cè)量工作。因此決定采用RTK建立圖根控制網(wǎng)并進(jìn)行碎部測(cè)量，在房屋密集及比較隱蔽的地方則聯(lián)合全站儀施測(cè)。

3.2 外業(yè)實(shí)施

（1）基準(zhǔn)站的選定及建立。RTK數(shù)據(jù)傳輸距離是RTK應(yīng)用的關(guān)鍵，距離的多少?zèng)Q定了其性能的優(yōu)劣。由于采用UHF波，傳播的方式主要是空間波，其穿透性強(qiáng)，直線傳播性強(qiáng)，但易受障礙物、地形和地球曲率的影響。理想的傳送距離為

式中：H1和H2分別是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站電臺(tái)的天線高，單位為m；D為數(shù)據(jù)鏈的覆蓋范圍的半徑，單位km.由于RTK數(shù)據(jù)鏈的傳播限制和定位精度要求，測(cè)量距離一般不超過(guò)1Okm.基準(zhǔn)站架設(shè)在測(cè)區(qū)一棟樓頂?shù)腅級(jí)GPS控制點(diǎn)上，天空較為開(kāi)闊，有利于衛(wèi)星信號(hào)的接收和數(shù)據(jù)鏈發(fā)送。

（2）坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。常用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)有三參數(shù)、四參數(shù)和七參數(shù)三種。七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換不但精度高，作用距離也較長(zhǎng)。根據(jù)七參數(shù)轉(zhuǎn)換的原理，在兩個(gè)坐標(biāo)系中有3個(gè)公共點(diǎn)就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。鑒于本測(cè)區(qū)作業(yè)半徑大，且測(cè)區(qū)內(nèi)有足夠多已知坐標(biāo)的E級(jí)GPS控制點(diǎn)，因此采用了分布均勻的1O個(gè)公共點(diǎn)來(lái)求取WGS-84坐標(biāo)系到坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，這樣高程擬合模型為多項(xiàng)式曲面擬合，理論上可獲得更高的高程精度。然后在基準(zhǔn)站上鍵入轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（3）流動(dòng)站的設(shè)置。設(shè)置完電臺(tái)頻率、工作方式后，流動(dòng)站即可開(kāi)始測(cè)量作業(yè)。

3.3 RTK測(cè)量精度分析

（1）為檢驗(yàn)本測(cè)區(qū)七參數(shù)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換殘差，本次測(cè)繪作業(yè)過(guò)程中不同時(shí)段用已知點(diǎn)比較法檢核了未參與解算的1O個(gè)E級(jí)GPS控制點(diǎn)，分析對(duì)比RTK測(cè)量與GPS靜態(tài)測(cè)量間點(diǎn)位精度的情況，如表3所示：

表3 RTK測(cè)量與GPS靜態(tài)測(cè)量較差表

由較差計(jì)算得RTK點(diǎn)位中誤差MP為O.O11m，高程中誤差MH為O.O19m.由此可以得出，本測(cè)區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換精度良好，符合《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）測(cè)量技術(shù)規(guī)范》要求，可進(jìn)行地籍圖根控制及碎部測(cè)量。

（2）為檢驗(yàn)RTK進(jìn)行地籍圖根控制測(cè)量精度，RTK測(cè)量結(jié)束后，用全站儀按一級(jí)導(dǎo)線的要求聯(lián)測(cè)了部分地籍圖根控制點(diǎn)，現(xiàn)取其中與導(dǎo)線測(cè)量成果進(jìn)行較差分析，算出圖根控制點(diǎn)點(diǎn)的點(diǎn)位誤差、點(diǎn)位中誤差和高程中誤差，如表4所示。

表4 圖根控制點(diǎn)與導(dǎo)線點(diǎn)較差表

根據(jù)表4的數(shù)據(jù)可算出圖根控制點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)位中誤差MP為±O.O15m，高程中誤差MF為±O.O25m，由此可見(jiàn)，RTK測(cè)量可替代常規(guī)的一級(jí)導(dǎo)線，進(jìn)行地籍圖根控制測(cè)量。

（3）為檢驗(yàn)RTK進(jìn)行地籍碎步測(cè)量的精度，運(yùn)用全站儀極坐標(biāo)法對(duì)3OO個(gè)RTK碎部點(diǎn)進(jìn)行檢查，結(jié)果如表5、表6所示。

表5 RTK碎步點(diǎn)點(diǎn)位誤差較差表

表6 RTK碎步點(diǎn)高程較差表

由此可以得出，RTK碎步測(cè)量的精度符合《地籍測(cè)繪規(guī)范》的要求。

3.4 工程中需注意的問(wèn)題

實(shí)踐表明，RTK技術(shù)應(yīng)用于地籍測(cè)繪能大幅提高工作效率，但在使用過(guò)程中，也存在一些值得注意的問(wèn)題，以下列舉其中幾個(gè)，以期為同類工程提供參考：

（1）RTK基準(zhǔn)站要架設(shè)在測(cè)區(qū)的較高點(diǎn)位上，這樣視野比較開(kāi)闊，減少周圍障礙物對(duì)接受衛(wèi)星信號(hào)的影響，也有利于電臺(tái)信號(hào)的發(fā)送。

（2）基準(zhǔn)站要避免架設(shè)在強(qiáng)電磁波干擾源附近，如高壓輸電線路、大功率無(wú)線電發(fā)射源（通訊基站、電視發(fā)射塔、微波站）等，否則容易造成失鎖。

（3）在RTK測(cè)量中，同距離有關(guān)的誤差將隨流動(dòng)站到基準(zhǔn)站的距離的增加而加大。因此建議作業(yè)半徑不超過(guò)1OKm.

（4）坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)直接影響著測(cè)量精度，盡量選取高等級(jí)的控制點(diǎn)進(jìn)行求解，確?？刂泣c(diǎn)均勻分布覆蓋測(cè)區(qū)，同時(shí)加強(qiáng)檢核工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

GPS-RTK因其具有天候觀測(cè)、布點(diǎn)靈活、精度高和計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，在地籍測(cè)繪的中得到了廣泛的應(yīng)用。綜上所述，本文通過(guò)結(jié)合具體的實(shí)例，對(duì)GPS-RTK在地籍測(cè)繪中的應(yīng)用作了系統(tǒng)的探討，相信對(duì)有關(guān)方面的需要能有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]柴海燕.GPS-RTK在地籍測(cè)繪工作中的應(yīng)用[J].科技視界.2012（25）.

[2]宋洋.GPS-RTK技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用探討[J].中國(guó)新通信.2013（08）.