基于RTK 的農(nóng)村不動產(chǎn)高精度實時測繪技術(shù)

唐韜 高佳俊

（1.浙江煤炭測繪院有限公司 浙江杭州310016；2.浙江臻善科技股份有限公司 浙江杭州310012）

1 引言

現(xiàn)代信息技術(shù)、高水平測繪技術(shù)的運用逐步優(yōu)化地質(zhì)工程的測繪實力，在國家對農(nóng)村不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查工作政策號召下，全國開展了農(nóng)村不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查與測繪活動。以往測繪活動限于環(huán)境技術(shù)因素僅使用單一的GPS 采集地理測繪信息，測量精度不理想。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算技術(shù)迭代更新以及GPS 技術(shù)不斷發(fā)展成熟，RTK 技術(shù)在不動產(chǎn)圖根控制測量中的作用日漸凸顯發(fā)揮積極效用[1]。CORS（連續(xù)運行參考站系統(tǒng)）內(nèi)部的RTK測量功能具有容易操作、高精度、廣覆蓋、實時測量等優(yōu)勢，系統(tǒng)購買成本不高，改變了傳統(tǒng)測量模式，在國內(nèi)外測繪工作中得到廣泛應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為城市GPS 應(yīng)用熱點技術(shù)之一。RTK 對減少測量工作的時間開銷、增強工作效率功不可沒[2]。所以，本文采用高精度、實時性的CORS RTK 測量模式測量圖根控制點，輔助完成農(nóng)村不動產(chǎn)的測繪工作。最后，通過遂昌縣農(nóng)村不動產(chǎn)測量的實際應(yīng)用案例，驗證了CORS RTK 測量模式的高精度測量效果。

2 基于CORS RTK 測量模式的實時圖根控制測量技術(shù)

由于傳統(tǒng)RTK 技術(shù)在實際測量圖根點過程中，測量范圍有所約束，基準(zhǔn)站和流動站距離一般大于50km 其測量誤差有所增加；并且RTK 通信數(shù)據(jù)鏈常常因海拔過高、地形復(fù)雜受到限制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性較差。所以，本次研究采用RTK 與CORS 相結(jié)合的方式，提高農(nóng)村不動產(chǎn)地籍圖根控制測量的精度與實時性。

2.1 CORS RTK 測量模式構(gòu)建

2.1.1 RTK 施測圖根點的系統(tǒng)構(gòu)建

實時動態(tài)載波相位差分技術(shù)RTK 能夠高精度、動態(tài)實時獲取指定坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)，完成規(guī)定區(qū)域內(nèi)的測繪工作。RTK 綜合了GPS 測量技術(shù)、計算機技術(shù)、無線電數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的優(yōu)勢，依靠多種技術(shù)共同獲取制定坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)，進(jìn)而完成圖根點的測量工作。RTK 實時采集三維坐標(biāo)的功能歸功于對GPS 測量的實時差分，測量結(jié)果可以精確到厘米等級。RTK 施測過程中，初始化效率是影響其施測效率的關(guān)鍵因素，接收機、接收衛(wèi)星能力、數(shù)據(jù)鏈傳輸質(zhì)量均干擾RTK 初始化所需時長，所以，只有接收機、接收衛(wèi)星能力、數(shù)據(jù)鏈傳輸質(zhì)量表現(xiàn)越好，RTK施測圖根點的效率才能更高[3]。

RTK 至少使用兩臺GPS 接收機同步采集衛(wèi)星信號，三維坐標(biāo)觀測過程中，各采用一臺GPS 接收機作為基準(zhǔn)站和流動站。GPS 接收機作為基準(zhǔn)站時負(fù)責(zé)GPS 衛(wèi)星連續(xù)觀測工作，基準(zhǔn)站坐標(biāo)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)、高程等關(guān)鍵性參數(shù)需要預(yù)先設(shè)置在控制系統(tǒng)中，采集到的載波相位觀測量需要以無線電傳輸設(shè)備為工具傳輸至基準(zhǔn)站電臺的載波，進(jìn)一步向流動站發(fā)射傳輸；GPS 流動站初始化后，以基準(zhǔn)站獲取的載波相位觀測量、流動站獲取的載波相位觀測量為基礎(chǔ)，實施差分處理，最終即可計算得到流動站的三維坐標(biāo)信息，實現(xiàn)圖根點的測量[4]。RTK 技術(shù)獲取圖根點數(shù)據(jù)的步驟如圖1 所示。

2.1.2 CORS 施測圖根點的系統(tǒng)構(gòu)建

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS）包括數(shù)個固定的、不間斷運行的GPS 參考站，其網(wǎng)絡(luò)方面主要集成了現(xiàn)代計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，基于這些先進(jìn)數(shù)據(jù)采集與傳輸軟硬件配置，CORS 實現(xiàn)了向各種類型用戶提供多種GPS 觀測值、狀態(tài)信息的功能。CORS 打破了野外測量、山區(qū)復(fù)雜地形測量的限制，在地籍測量、環(huán)境監(jiān)測與管理、地質(zhì)測量方面發(fā)揮積極效用[5]?；鶞?zhǔn)站、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、用戶模塊是CORS 系統(tǒng)的主要構(gòu)成，本次研究構(gòu)建的CORS 系統(tǒng)內(nèi)容如下：

圖1 RTK 技術(shù)獲取圖根點數(shù)據(jù)的步驟

（1）數(shù)據(jù)通信模塊。CORS 系統(tǒng)接收信號的功能由NetR5 實現(xiàn)，其自身配備RS232 數(shù)據(jù)接口用于數(shù)據(jù)備份，有效提升了數(shù)據(jù)存儲的安全系數(shù)；CORS 系統(tǒng)獲取外來信息的方式是“USB 接口+互聯(lián)網(wǎng)”的模式，作為數(shù)據(jù)采集指令指導(dǎo)圖根監(jiān)測與定位任務(wù)。

（2）基準(zhǔn)站。天線和接收機是基準(zhǔn)站的主要構(gòu)成，用于采集觀測數(shù)據(jù)同時負(fù)責(zé)記錄與存儲。

（3）數(shù)據(jù)處理模塊。對基準(zhǔn)站采集的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，降低外界因素對數(shù)據(jù)的干擾誤差，本文基于卡爾曼濾波算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，提高圖根施測精準(zhǔn)度。

（4）用戶模塊。用戶模塊是安裝在計算機顯示端的軟件系統(tǒng)界面，用于顯示實時采集的圖根控制信息，用戶在此模塊可實現(xiàn)數(shù)據(jù)瀏覽、輸出、修改等功能，提高了CORS 測量數(shù)據(jù)的靈活應(yīng)用程度[6]。

2.2 CORS RTK 測量模式施測圖根點的技術(shù)規(guī)范

本次測繪工作以《全球定位系統(tǒng)實時動態(tài)測量（RTK）技術(shù)規(guī)范》（CH/T 2009—2010）作為CORS RTK 測量模式技術(shù)施測圖根點的約束標(biāo)準(zhǔn)，并且測量結(jié)果中的檢測比例不低于10%，表1 詳細(xì)描述了CORS RTK 測量模式平面觀測與高程測定的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

詳細(xì)分析表1 中的內(nèi)容如下：其一，基于RTK進(jìn)行平面觀測與高程測定過程中，點位中誤差是指控制點相對于起算點的誤差。其二，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正常提供服務(wù)的情況下，基于網(wǎng)絡(luò)CORS RTK 測量不同等級平面控制點時，流動站至參考站的距離不會干擾測量效果[7]。其三，CORS RTK 測量模式施測圖根點平面成果要分別實施內(nèi)業(yè)檢測與外業(yè)檢測，內(nèi)業(yè)檢查比例為100%、外業(yè)檢測比例不低于總點數(shù)10%；具體采用全站儀測量邊長和角度的方式完成外業(yè)檢測工作，確保檢測點在檢測區(qū)域內(nèi)分布均勻，且檢測結(jié)果符合表2 標(biāo)準(zhǔn)時方可作為有效的測繪數(shù)據(jù)使用。其四，CORS RTK 測量模式施測圖根點高程成果的內(nèi)業(yè)、外業(yè)檢測比例與平面檢測一致，基于三角高程、幾何水準(zhǔn)測量等方法完成外業(yè)檢測工作，檢測過程中確保檢測點在檢測區(qū)域內(nèi)分布均勻，且檢測結(jié)果符合表3 標(biāo)準(zhǔn)時方可作為有效的測繪數(shù)據(jù)使用。

表1 RTK 平面觀測與高程測定主要技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

表2 CORS RTK 測量模式圖根點平面檢測精度規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

表3 RTK 圖根點高差檢測精度要求

此外，基于CORS RTK 測量模式獲取圖根點后，需要按照以下原則對其進(jìn)行編號：采用“英文字母”+“阿拉伯?dāng)?shù)字”表示圖根點編號，前部分使用英文字母，按A、B、C 順序編號；后部分使用阿拉伯流水?dāng)?shù)字編號，不能出現(xiàn)編號重復(fù)使用的情況。

3 CORS RTK 測量模式施測效果分析

3.1 項目概況

遂昌縣積極響應(yīng)中共中央國務(wù)院號召，穩(wěn)妥有序推進(jìn)農(nóng)村地區(qū)不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查事宜、夯實地籍基礎(chǔ)，正式展開了農(nóng)村不動產(chǎn)測繪工作。遂昌縣位于浙江省西南部，錢塘江、甌江上游；地處北緯28°13′-28°49′，東經(jīng)118°41′-119°30′。遂昌縣總面積為2539 平方公里，涵蓋2 個街道、7 個鎮(zhèn)以及11 個鄉(xiāng)。本次測繪項目分為兩個標(biāo)段，具體區(qū)域標(biāo)段劃分情況如圖2 所示。本次農(nóng)村不動產(chǎn)測繪工作內(nèi)容之一是實現(xiàn)遂昌縣農(nóng)村范圍內(nèi)宅基地、集體建設(shè)用地變化部分的地形修補測，所以要先測得圖根點進(jìn)而完成地形修補測。為此，綜合分析遂昌縣農(nóng)村不動產(chǎn)測繪區(qū)域信息，對于宅基地、集體建設(shè)用地原有圖根控制點被破壞的情況，本次實驗決定采用CORS RTK測量模式施測圖根點。

圖2 項目作業(yè)范圍劃分

實驗測量區(qū)域已經(jīng)覆蓋CORS 系統(tǒng)信號，1 套CORS RTK 移動終端正式投入使用，同時配備了1臺Lecia Sprinter 150 數(shù)字水準(zhǔn)儀輔助完成圖根測量工作。在某村運用CORS RTK 觀測圖根點區(qū)間，隨機抽查15 個觀測點的觀測情況，單個觀測點測量超過35 次，獨立觀測兩次，以降低數(shù)據(jù)采集的誤差。

3.2 結(jié)果分析

基于CORS RTK 施測農(nóng)村不動產(chǎn)圖根控制點首先了解待測量區(qū)域地形分布、面積大小等基本信息。其次，準(zhǔn)確計算待測量區(qū)域的地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，便于測得數(shù)據(jù)完成地方坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。然后，選取CORS RTK 測量模式使用的基準(zhǔn)站與流動站，并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，開始實際測量區(qū)域圖根點，并進(jìn)行卡爾曼濾波處理；最后，測量結(jié)果符合本項目的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時輸出測量數(shù)據(jù)。本次測量實驗通過檢驗圖根控制點間的邊長評價圖根測量的效果，邊長檢驗結(jié)果如表4 所示。

表4 圖根控制點間的邊長檢驗結(jié)果/m

由表4 可知，15 個觀測點結(jié)果中，隨著觀測距離的增加，圖根間的邊長較差的相對誤差逐漸增大。經(jīng)統(tǒng)計，邊長較差的相對誤差結(jié)果上限值為1/4574m、下限值為1/11547m，符合本文表2 中“邊長較差相對誤差≤1/3000”的要求，因此，本文方法平面測量精度滿足了農(nóng)村不動產(chǎn)測量中圖根測量要求，且施測誤差較低。

為進(jìn)一步證明本文方法測繪精度，統(tǒng)計了觀測點A1～A8 的平面位置測繪結(jié)果，測繪精度值如表5所示。由數(shù)據(jù)可知，8 個觀測點的平面位置測繪結(jié)果準(zhǔn)確度均大于95%，A3 與A7 點精度最高可達(dá)98.4%。此外，每個觀測點測繪的初始化用時有所差異，這是因為解算測繪結(jié)果的數(shù)據(jù)量有所差別，數(shù)據(jù)量越大花費的解算時間越長、初始化用時也相應(yīng)增加。

表5 觀測點A1～A8 的平面位置測繪精度

4 結(jié)束語

本文以遂昌縣不動產(chǎn)測繪項目為例研究了CORS RTK 測量模式在農(nóng)村不動產(chǎn)測繪項目中的應(yīng)用情況，通過完善布局CORS 系統(tǒng)、RTK 系統(tǒng)充分發(fā)揮CORS 與RTK 技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢。實際應(yīng)用結(jié)果顯示：CORS RTK 高效、精準(zhǔn)、實時采集數(shù)據(jù)的技術(shù)優(yōu)勢非常適用于農(nóng)村地區(qū)不動產(chǎn)的測量工作，取得了圖根點間邊長較差相對誤差≤1/3000 的良好效果，能夠避免測量區(qū)域通視條件等外界因素的干擾。

CORS RTK 技術(shù)已經(jīng)取得了較優(yōu)的測繪成果，一定程度上減少了測繪人力資源投入，為縮短測繪工期、順利完成不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查提供有力保障。未來需要進(jìn)一步詳細(xì)分析影響CORS RTK 測繪的環(huán)境因素、干擾因素、通信因素，尋找阻礙測繪精度的根本原因，提出針對性的解決方案，更好的指導(dǎo)CORS RTK 技術(shù)用于實時測繪數(shù)據(jù)采集工作。