GPS RTK技術(shù)在地形地籍測(cè)量中的應(yīng)用研究

張明超

(陜西地建土地綜合開發(fā)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075)

0 引言

GPS以其操作方便、定位精確以及不受條件限制的種種優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于地形地籍測(cè)繪。GPS RTK的發(fā)展基礎(chǔ)就是GPS定位技術(shù)，一臺(tái)基準(zhǔn)站和幾個(gè)移動(dòng)站組成了RTK(Real Time Kinematic，簡(jiǎn)稱實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分)，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站可以在同一時(shí)間內(nèi)接收衛(wèi)星發(fā)送回來(lái)的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)將兩者之間進(jìn)行無(wú)線連接完全可以將糾正后的測(cè)量數(shù)據(jù)再通過(guò)基準(zhǔn)站傳送給移動(dòng)站，這就是移動(dòng)站獲得準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)的方法[1]。對(duì)土地還有其附屬物位置、附屬物數(shù)量以及其使用狀況都是地籍測(cè)量的主要任務(wù)，也是土地管理工作的基本條件，國(guó)土管理需要的完整數(shù)據(jù)材料也是由其提供的，因此本文主要對(duì)GPS RTK的含義、發(fā)展前景以及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)探討。

1 GPS RTK技術(shù)

1.1 GPS RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

GPS RTK技術(shù)就是指GPS測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)傳遞技術(shù)相結(jié)合，GPS RTK是GPS接收、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)器以及軟件系統(tǒng)的結(jié)合體，基準(zhǔn)站接收機(jī)、移動(dòng)站接收機(jī)以及數(shù)據(jù)鏈等是其三大主要部分。

在觀察測(cè)試條件比較好的參考位置設(shè)置基準(zhǔn)站接收機(jī)，將所有可以看到的GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行持續(xù)接收，并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將觀測(cè)站的坐標(biāo)位置、觀測(cè)到的實(shí)際數(shù)據(jù)、衛(wèi)星追蹤情況以及接收機(jī)的現(xiàn)實(shí)工作情況發(fā)送到外界，移動(dòng)站接收機(jī)在跟蹤GPS衛(wèi)星信號(hào)的同一時(shí)間，將從基準(zhǔn)站傳送出來(lái)的數(shù)據(jù)接收進(jìn)來(lái)，并將載波相位整周出現(xiàn)模糊度的原因進(jìn)行快速求解，基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)位置以及精度標(biāo)準(zhǔn)可以通過(guò)對(duì)所在點(diǎn)進(jìn)行定位模型來(lái)獲得[2]。

1.2 GPS RTK優(yōu)點(diǎn)

隨著GPS RTK測(cè)量技術(shù)和現(xiàn)代社會(huì)通訊技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)鏈的傳送逐漸可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行，它被稱為網(wǎng)絡(luò)RTK，這項(xiàng)技術(shù)為數(shù)據(jù)鏈長(zhǎng)距離傳送的問(wèn)題提供了有效的解決方法，經(jīng)過(guò)對(duì)其使用幾年之后得到的經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)方法在合適的作業(yè)條件下，可以對(duì)10 km之內(nèi)的精度進(jìn)行高度收集，工作效率也能隨之提高。

將流動(dòng)站的三維坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算是GPS測(cè)量軟件系統(tǒng)的主要功能。GPS測(cè)量附屬于RTK測(cè)量技術(shù)，也是其優(yōu)點(diǎn)之一，而RTK測(cè)量技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是觀測(cè)時(shí)間短，也能對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，因此提高了生產(chǎn)效率。如果對(duì)實(shí)際動(dòng)態(tài)定位采用快速靜止測(cè)量的方法，它的定位精確度在15 km的范圍內(nèi)可以達(dá)到1 cm～2 cm，可以用在城市控制測(cè)量過(guò)程中。RTK測(cè)量系統(tǒng)能夠成功開發(fā)，在保證GPS測(cè)量工作可靠運(yùn)行的同時(shí)還提高了工作效率，RTK測(cè)量系統(tǒng)為GPS測(cè)量技術(shù)今后的發(fā)展提供了快捷通道[3-4]。

GPS RTK具有很高的定位精準(zhǔn)度。與常規(guī)測(cè)量相比，其精準(zhǔn)度可達(dá)1×10-6，同時(shí)隨著基準(zhǔn)線的擴(kuò)大，定位精度也會(huì)逐漸提高。同時(shí)GPS RTK測(cè)量具有自動(dòng)化水平高，儀器操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，使用過(guò)程中在保證網(wǎng)絡(luò)信號(hào)穩(wěn)定的情況下可以實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)。

2 GPS技術(shù)在地形地籍測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例

GPS在客觀環(huán)境下才會(huì)存在快速靜態(tài)定位，其工作原理就是將GPS接收機(jī)安插在各個(gè)用戶站上，在絕對(duì)靜止的狀態(tài)下讓接收機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和觀測(cè)，從而對(duì)用戶站的三維立體坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，直到出現(xiàn)的誤差在允許范圍內(nèi)，才算成功完成任務(wù)。如果接收機(jī)在流動(dòng)的狀態(tài)下對(duì)用戶站的三維立體坐標(biāo)進(jìn)行定位，接收機(jī)接受衛(wèi)星信號(hào)的頻率就要設(shè)置成間斷工作模式[5]。

利用GPS測(cè)量技術(shù)，地籍測(cè)量人員可以得到更加準(zhǔn)確勘測(cè)的數(shù)據(jù)，不僅符合相關(guān)部門制定的要求，還能保證測(cè)量人員順利完成任務(wù)。GPS技術(shù)的快速發(fā)展也為測(cè)繪工作帶來(lái)了不可限量的發(fā)展，GPS技術(shù)的基地測(cè)量精度已經(jīng)達(dá)到了一級(jí)控制網(wǎng)的精度標(biāo)準(zhǔn)，除了地籍測(cè)量，也促進(jìn)了地籍控制測(cè)量工作的快速發(fā)展。

實(shí)施GPS RTK首先要保證基準(zhǔn)站點(diǎn)建立準(zhǔn)確，在設(shè)立基準(zhǔn)站點(diǎn)時(shí)注意上空沒(méi)有遮擋物，位置空曠，沒(méi)有無(wú)線電信號(hào)干擾；做好參數(shù)轉(zhuǎn)化工作，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；做好數(shù)據(jù)傳輸工作和對(duì)周邊環(huán)境觀測(cè)工作，保證測(cè)量精度。

某地地籍測(cè)量工程調(diào)查總面積約42.13 km2，新測(cè)區(qū)域?yàn)?6.33 km2，修補(bǔ)測(cè)區(qū)域?yàn)?5.8 km2。數(shù)字化實(shí)測(cè)與修補(bǔ)測(cè)是進(jìn)行這項(xiàng)工作的兩種方法，它們?cè)诠ぷ髁鞒躺蠜](méi)有區(qū)別。將當(dāng)?shù)貒?guó)土局提供的GPS控制測(cè)量結(jié)果作為測(cè)量基礎(chǔ)，將加密不控制網(wǎng)命名為GPS一級(jí)網(wǎng)，以此來(lái)滿足地形測(cè)量圖的加密標(biāo)準(zhǔn)。以下為測(cè)量過(guò)程中的主要步驟：

外業(yè)GPS觀測(cè)利用在有效檢定期內(nèi)的某雙頻接收機(jī)，并需要提供檢驗(yàn)合格的設(shè)備鑒定材料。GPS觀測(cè)作業(yè)方式就是快速靜態(tài)定位模式，其觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)需要滿足相關(guān)規(guī)定。在檢測(cè)過(guò)程中，受衛(wèi)星信號(hào)接收情況、定位點(diǎn)周圍環(huán)境以及基線長(zhǎng)度等原因的影響，必須合理增加觀測(cè)時(shí)間。在GPS觀測(cè)過(guò)程中禁止人員接近天線，也要避免在天線附近活動(dòng)以及使用對(duì)講機(jī)的通訊設(shè)備，或者低距離天線10 m范圍以外使用；如果遇上雷雨天氣則需要立刻停止觀測(cè)，并將設(shè)備關(guān)閉。對(duì)于天線的設(shè)定高度在測(cè)量前和測(cè)量后要量取2次正常距離，取其平均值作為天線應(yīng)設(shè)置的高度，兩次量取數(shù)值區(qū)間不得超過(guò)3 mm，否則就需要重新設(shè)置站點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

在對(duì)每一寸土地的界線點(diǎn)進(jìn)行地籍測(cè)量時(shí)都會(huì)用到RTK技術(shù)測(cè)定，可以將相關(guān)地點(diǎn)范圍內(nèi)一切物體位置達(dá)到精確度極高的厘米級(jí)精度。GPS系統(tǒng)直接接收GPS得到并經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)，可以精確的將地籍圖提供出來(lái)。在GPS衛(wèi)星信號(hào)接收不好的區(qū)域，就要通過(guò)全站儀、測(cè)距儀、經(jīng)緯儀等專業(yè)測(cè)量工具經(jīng)過(guò)利用解析法或者是圖解法再做進(jìn)一步的細(xì)節(jié)性測(cè)量工作。

RTK技術(shù)在勘測(cè)建筑用地定界時(shí)會(huì)實(shí)時(shí)測(cè)量定界樁的準(zhǔn)確位置，對(duì)土地可以使用的范圍標(biāo)準(zhǔn)、可用地范圍進(jìn)行精確計(jì)算?？捎猛恋乜睖y(cè)定界放樣可以通過(guò)RTK技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，Photoshop軟件中計(jì)算面積的功能就可以將建設(shè)用地勘測(cè)范圍內(nèi)的可使用面積直接計(jì)算出來(lái)并進(jìn)行審核。不僅避免了常規(guī)解析法放樣的復(fù)雜步驟，而且煩瑣的工作程序在勘測(cè)建筑用地定界過(guò)程也得到簡(jiǎn)化。

在通過(guò)動(dòng)態(tài)檢測(cè)對(duì)土地的利用范圍進(jìn)行測(cè)量時(shí)也可以利用RTK技術(shù)來(lái)進(jìn)行。簡(jiǎn)單補(bǔ)測(cè)和平板儀補(bǔ)測(cè)法屬于動(dòng)態(tài)野外檢測(cè)中比較傳統(tǒng)的方法。例如距離相交、指標(biāo)坐標(biāo)法等對(duì)鋼尺進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)丈量，而變化范圍比較大的地區(qū)可以通過(guò)平板補(bǔ)測(cè)的方式。這個(gè)勘測(cè)方法不僅速度慢，而且效率也相當(dāng)?shù)汀Ｈ绻麆?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)可以通過(guò)RTK新技術(shù)來(lái)進(jìn)行，不僅檢測(cè)的速度和精度可以得到提高，還能在真正意義上對(duì)土地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，調(diào)查土地使用狀況的真實(shí)性就可以得到保障。

持續(xù)工作的GPS參考網(wǎng)站需要利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)提供支持，就是按照需求對(duì)規(guī)定范圍通過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)GPS固定參考站進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)N年的不間斷監(jiān)測(cè)，然后再將每個(gè)參考站和數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信設(shè)備以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成網(wǎng)絡(luò)，再由參考站為數(shù)據(jù)庫(kù)提供數(shù)據(jù)采集，再通過(guò)參考站網(wǎng)軟件進(jìn)行處理，然后將GPS收集的不同數(shù)據(jù)、以及各種類型的RTK改正數(shù)據(jù)等結(jié)合成一個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)將其自動(dòng)發(fā)送給各種用戶，傳統(tǒng)的大地測(cè)量控制網(wǎng)就會(huì)被GPS RTK技術(shù)所取代，并可隨時(shí)為各種類型的GPS測(cè)量、定位以及變形監(jiān)測(cè)和放樣作業(yè)提供技術(shù)支持。用戶進(jìn)行野外作業(yè)，一臺(tái)GPS接收機(jī)就可以解決一切問(wèn)題，并可以將時(shí)效性、快速定位、事后定位或者導(dǎo)航定位精確到米、分米、厘米，甚至是毫米級(jí)。全天候、全自動(dòng)、實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位功能其獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)，可以將各地區(qū)內(nèi)的導(dǎo)航、調(diào)度以及自動(dòng)識(shí)別和全面監(jiān)控功能進(jìn)行全范圍覆蓋，還可以提供短時(shí)間內(nèi)天氣預(yù)報(bào)以及變形監(jiān)測(cè)等高精度服務(wù)。RTK的高效測(cè)程、結(jié)果準(zhǔn)確性以及長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)通信等問(wèn)題完全可以通過(guò)研究和使用參考網(wǎng)站技術(shù)進(jìn)行有效解決。

3 結(jié)語(yǔ)

GPS RTK在地籍測(cè)量過(guò)程中優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用非常廣泛，是未來(lái)著重發(fā)展的核心測(cè)量技術(shù)。如果要更大的滿足對(duì)測(cè)量技術(shù)的需求，就要對(duì)GPS RTK技術(shù)進(jìn)行改革創(chuàng)新，掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在這個(gè)過(guò)程中仍然會(huì)面臨很多的問(wèn)題，需要經(jīng)過(guò)不斷的摸索和創(chuàng)新才能實(shí)現(xiàn)。GPS RTK在地籍測(cè)量過(guò)程中具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益成果顯著。