土地測繪中GPS技術(shù)和RTK技術(shù)的應用研究

孫延龍

臨沂市自然資源和規(guī)劃局 山東臨沂 276000

1 GPS在土地測繪中的應用

工程的規(guī)劃與建設的開展是以土地測繪所獲取的數(shù)據(jù)資料作為重要的基礎依據(jù)和指導的。在工程建設的一系列流程中，土地測繪是其第一個重要的環(huán)節(jié)。GPS技術(shù)廣泛的應用于實際的土地測繪工作中，推動了土地測繪技術(shù)的長足發(fā)展，推動了土地測繪技術(shù)的智能化現(xiàn)代化進程。因此，對GPS技術(shù)在土地測繪中應用的研究和推廣也是現(xiàn)代土地測繪技術(shù)發(fā)展的必然要求和發(fā)展趨勢。

1.1 GPS技術(shù)的概述

GPS技術(shù)利用分布在不同軌道上的衛(wèi)星發(fā)射的信號作為重要參照，進行多角度定位的活動。科技人員利用衛(wèi)星軌道與地球的交叉角、衛(wèi)星運行軌跡等分析、計算，進行定位，保證了定位的準確度。通過GPS技術(shù)與高科技的應用，確保衛(wèi)星所發(fā)射的信號能在地面的每一個坐標點準確的接收到。技術(shù)人員以接收到的信息為以及，可以有效的完成測繪任務。這種測量工作，不需要工作人員從事大量的、繁瑣的基礎測量工作，只需要通過對獲得的數(shù)據(jù)進行記錄和分析就可以完成土地測繪工作。

1.2 GPS在土地測繪中的發(fā)展現(xiàn)狀

因為土地測繪與人們的生活密切相關(guān)，隨著時代的發(fā)展，土地測繪工作越來越受到人們的重視。GPS是是一種無線導航，一種全球定位系統(tǒng)。全球定位衛(wèi)星是GPS系統(tǒng)工作的基礎，GPS會通過測量地面的三維立體坐標來實現(xiàn)對地面物體的導航或定位。隨著我國經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，綜合國力穩(wěn)步上升，我國在土地測繪工作中面臨著越來越多的機遇和挑戰(zhàn)。為了能夠更好地應對高速發(fā)展社會，我國的土地測繪工作取得了長足的發(fā)展和進步。諸多因素讓我們深刻意識到，我們必須繼續(xù)發(fā)展更先進的技術(shù)來投入土地測繪工作。GPS全球定位系統(tǒng)作為一種高科技測量技術(shù)，由于其高效率、高精度、低成本、高精度的特點，使其必然與土地測繪工作緊密相連。從目前來看，GPS技術(shù)將在中國未來的測量項目中發(fā)揮越來越重要的作用。

1.3 土地測繪中GPS技術(shù)的具體應用

1.3.1 在公路測量中的運用現(xiàn)

目前，道路設計已實現(xiàn)的CAD化，可以通過一些具有特定功能的專業(yè)軟件來實現(xiàn)數(shù)字測量和地球測繪。在勘測和設計高速公路時，可以實現(xiàn)內(nèi)部和外部工作的一體化，在促進公路發(fā)展方面發(fā)揮特別重要的作用。但是，這也是目前公路設計進步的一個制約因素。在設計高速公路時，一般的測量方法將增加工作量，效率將相對較低，從而延長了設計周期。利用GPS全球定位系統(tǒng)技術(shù)，可以利用快速靜態(tài)或靜態(tài)方法，在公路沿線進行總體控制測量，為以后的勘察測量奠定基礎。在公路建設中，可以利用GPS全球定位系統(tǒng)技術(shù)建立一個建筑管理網(wǎng)，以確保隧道和橋梁的質(zhì)量。在公路建設方面，我們還可以通過全球定位系統(tǒng)技術(shù)提高工作效率，進一步提升經(jīng)濟效益和社會效益。

1.3.2 礦山測量方面

GPS技術(shù)在礦山測量中可以發(fā)揮很好的作用。由于礦山地區(qū)本身的地形相對復雜，定位難度大、精度要求高，在實際的測繪中就需要使用GPS技術(shù)，發(fā)揮其精度高、效率高、操作方便快捷的特點。準確的調(diào)查數(shù)據(jù)能更好地保證礦產(chǎn)資源開發(fā)和礦山工程建設過程的的安全性和高效率，這也是GPS技術(shù)在礦山測量中的優(yōu)勢。

1.3.3 GPS技術(shù)在地形、地籍與房地產(chǎn)測量中的應用

在項目建設中，只有通過有效的地形調(diào)查，才能保證工程項目質(zhì)量。具體而言，地籍、房產(chǎn)的測量應能準確測量邊界土地保界址點的位置，并為土地和地產(chǎn)管理提供準確的比例尺平面圖和相關(guān)的房屋測量面積的有關(guān)數(shù)據(jù)。將GPS技術(shù)應用于地形、地籍和房地產(chǎn)測量，大大提高了各點三維坐標的測量速度，提高了探測數(shù)據(jù)的準確性，方便地面人員進行測繪，更好地了解有效的數(shù)據(jù)信息，并對工程設計做出正確的分析和判斷。與此同時，受外部環(huán)境限制的全球定位系統(tǒng)-RTK技術(shù)的增長不需要控制點的數(shù)量，在少數(shù)地標的情況下，也可以進行精確的測量。在邊界點、地形點和工程點的觀測協(xié)調(diào)過程中，無需布置控制點就能完成測量任務，速度和精度也能得到保證。

GPS測量技術(shù)具有操作簡單、測量時間短、定位精度高等優(yōu)點，因此在土地調(diào)查測繪中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。因此，GPS測量技術(shù)在我國和全世界都有很大的發(fā)展?jié)摿?，是促進測量和定位技術(shù)的飛躍重要因素[1]。

2 RTK(Real Time Kinematic)測量技術(shù)在土地測繪中的應用

在城市規(guī)劃設計工作中，根據(jù)城市總體規(guī)劃的要求，測量儀器應在現(xiàn)場規(guī)劃中用于道路、建筑物和各種管道工程設施的測繪。隨著全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)的飛速發(fā)展，RTK測量技術(shù)(Real Time Kinematic)越來越成熟，RTK測量技術(shù)逐漸應用于測繪中。由于精度高、實時性強、效率高，RTK測量技術(shù)越來越多地用于城市測繪和制圖。

2.1 RTK技術(shù)概述

動態(tài)實時測量系統(tǒng)(RTK)將GPS測量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)想結(jié)合，是GP測量技術(shù)的一個新的突破。RTK測量技術(shù)是一種基于載波相位觀測量的實時差分GPS測量技術(shù)。其核心技術(shù)是在基準站建立一個GPS接收器，以便不間斷觀測所有可見的全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星，并通過無線傳輸設備實時地將觀測數(shù)據(jù)發(fā)送到觀測站。在用戶站，GPS接收器在接收全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星信號的同時通過無線電接收設備接收基準站傳送的觀測數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)相對定位，實時地解算整周模糊度未知數(shù)并計算顯示用戶站的三維坐標及其精度。通過實時計算定位結(jié)果，可以監(jiān)測問訊站和用戶站觀察結(jié)果的質(zhì)量，并確定實時計算結(jié)果的收斂情況，對測繪結(jié)果的精確度進行分析，以減少冗余觀測和縮短觀察時間。

RTK測量系統(tǒng)通常由以下三個部分組成：GPS接收設備、數(shù)據(jù)傳輸設備和分析軟件。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準站的發(fā)射電臺和傳流動站的接收電臺組成。這是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關(guān)鍵設備。軟件系統(tǒng)可以實時求解流量站的三維坐標。除了GPS測量的優(yōu)點外，RTK測量技術(shù)還具有觀測時間短、坐標實時計算的優(yōu)點，因此可以提高生產(chǎn)效率。

2.2 RTK測量的特點

①經(jīng)典的GPS測量不具備實時性，而不能用來放樣，放樣工作還得配備傳統(tǒng)的測量儀器，RTK測量彌補了這一缺陷。放樣精度可達到厘米級[2]。②RTK測量成果是在野外觀測時實時提供，因此能在現(xiàn)場及時進行檢核，避免外業(yè)工作返工，如，整周求知數(shù)初始化情況和測點的點位精度等信息均可在作業(yè)現(xiàn)場進行核對。③RTK測量的關(guān)鍵技術(shù)之一是快速解算載波的整周未知數(shù)。用經(jīng)典的靜態(tài)相對定位法，解得整周未知數(shù)并達到足夠精度，往往需要1個小時甚至更長的時間在RTK測量中，盡管初始化時間的長短受到跟蹤觀測的衛(wèi)星數(shù)、幾何圖形強度、多路徑效應、電離層干擾等諸多因素影響，但已可在數(shù)分鐘之內(nèi)完成。如借助快速動態(tài)定位，約需3分鐘；如采用動態(tài)環(huán)境下的初始化，約需1分鐘；如在已知點上進行初始化，僅有幾秒鐘足夠。這樣，測量中即使遇到障礙物（如穿過橋下或通過隱蔽地帶）造成失鎖，也可在重新捕獲到衛(wèi)星后數(shù)分鐘內(nèi)完成整周未知數(shù)初始化，繼續(xù)進行測量。

④能夠在任何地方、任何時間接收到GPS信號，基準站和移動站不需要通視，作用距離遠（一般都在10km左右），全天24小時均可進行RTK測量放樣。

⑤完成基準站的設置后，整個系統(tǒng)只需一人持流動站接收機操作。也可設置幾個流動站，利用同一基準站觀測信息各自獨立開展工作，提高作業(yè)效率。

2.3 RTK技術(shù)在城市規(guī)劃中的應用

2.3.1 城市控制測量

為了滿足城市建成區(qū)和規(guī)劃區(qū)的調(diào)查測繪需要，城市控制網(wǎng)具有控制區(qū)域大、精度高、使用頻繁的特點。一、二、三級線路大多位于地面。由于城市建設的快速發(fā)展，這些點經(jīng)常被損壞，影響了工程研究的進展。如何快速準確地提供控制點，直接影響工作效率。常規(guī)的控制測量，這需要很長時間，而且精度不均勻。GPS有靜態(tài)測量，不需要點間通視并且具有較高精度。然而，之后需要數(shù)據(jù)處理，因此定位結(jié)果不能實時知道。如果確定精度不符合現(xiàn)場作業(yè)要求，還需要重新設計。RTK技術(shù)的應用將工作精度和效率上都有明顯的優(yōu)勢[3]。

2.3.2 航測外業(yè)測量

圖像控制點測量是野外航空攝影測量的基礎工作之一。使用RTK技術(shù)，我們只需要在調(diào)查區(qū)內(nèi)或調(diào)查區(qū)附近的高等級控制點建立一個基準站，(如果調(diào)查區(qū)內(nèi)或調(diào)查區(qū)附近沒有高等級控制點，可以先加密)。各像控點的三維坐標可以由流動臺直接測量。對于不易設站的圖像控制點，可采用手簿提供的交會法等間接方法進行測量。對于RTK測量，圖像控制點的精度要求不難達到。與傳統(tǒng)操作相比，不需要一步一步地埋設控制點；與靜態(tài)GPS測量相比，它縮短了工作時間，從而大大提高了工作效率，效率至少提高了3-5倍。

2.3.3 線路測量

RTK調(diào)查技術(shù)用于設計市政道路中心線或輸電線路，放樣工程可由一人完成。將線路參數(shù)，例如起點坐標、終點坐標、曲線角度、半徑等輸入到RTK現(xiàn)場控制器即可完成放樣。放樣方法是靈活的，也就是說，它既可以按樁號也可以坐標進行放樣，并且可以隨時更換。放樣時，屏幕上有箭頭表示偏移方位和偏移量，便于前后、左右移動，直到誤差小于設定值。

2.3.4 規(guī)劃監(jiān)督測量、放樣測量

建筑物的布局應符合城市規(guī)劃條件的要求，同時要滿足建筑物本身的幾何關(guān)系。利用RTK進行建筑物放樣時，有必要檢查建筑物本身的幾何關(guān)系。對于短邊，相對關(guān)系是很難滿足的。在放樣的同時，應注意測量點位的收斂精度。如果點位的收斂精度不高，強迫測量可能會帶來較大的點位誤差。在點位精度收斂高的情況下，用RTK進行規(guī)劃放線一般能滿足要求[4]。

2.3.5 勘測定界測量

在建設用地測繪標定中，RTK技術(shù)可以實時確定場地邊界點坐標，確定土地利用范圍，計算土地面積。在土地定級和所有權(quán)調(diào)查中，RTK技術(shù)可以實時測量所有權(quán)邊界和土地定級邊界，提高了測量精度和速度。

RTK技術(shù)還可用于地形測量、水域測量、管道測量、物業(yè)測量等方面。利用RTK測圖，不需要根控制，可以根據(jù)少量參考點直接測量地形和地物的坐標。如果使用專業(yè)測繪軟件，數(shù)字測繪可以通過電子手簿記錄來實現(xiàn)。在水下地形測量中，RTK可以根據(jù)距離或時間間隔自動導航和自動拾取點。只要天線距水面較高，并加入水深進行校正，就可以實時準確地測量水下地形點的三維坐標，并通過專業(yè)軟件進行繪圖。

在城市測量中，RTK技術(shù)具有常規(guī)測量儀器不可比擬的優(yōu)點，但也有其自身的局限性。

RTK技術(shù)的優(yōu)點可以歸納為以下五點：

（1）高運行效率。在一般地形和地勢條件下，高質(zhì)量的RTK測量站可以同時測量半徑接近8公里的測量區(qū)域，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)和測量儀器的移動站數(shù)。

（2）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，無誤差累積。

（3）與傳統(tǒng)的測量手段相比，RTK對作業(yè)要求條件低，不需要兩點通視，只需滿足兩點“電磁波通視”的要求。

（4）操作自動化程度高，集成度高，測繪功能強。

（5）操作簡單，使用方便，具有可視性，數(shù)據(jù)處理能力強[5]。

RTK技術(shù)自身的局限性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）受衛(wèi)星條件限制。

（2）受天空環(huán)境影響。

（3）數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、運行半徑小于標稱距離。

（4）高程異?，F(xiàn)象。

（5）精度和穩(wěn)定性仍存在問題。

（6）受GPS接收機上方遮擋物的影響。

（7）硬件成本高，雖然近幾年GPS價格有所下降，但仍然比較昂貴。

RTK廣泛應用于城市規(guī)劃和測量中[6]。與傳統(tǒng)的測量儀器相比，RTK具有便捷、高效、精度高等優(yōu)點。然而，它在碎部測量中的應用仍然受到各種條件的制約。在利用RTK測量時，需要注意的是，參考站應選在中心，在開放空間的最高點，不受周圍磁場的影響，這樣流動站接收到的信號是最好的。建議使用雙頻接收機的連接支架進行觀測。