GPS-RTK技術(shù)在小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量中的精度研究

摘 要：為滿足城鄉(xiāng)發(fā)展需求，提高農(nóng)房測(cè)量的精確性。本文將某農(nóng)村地區(qū)作為研究對(duì)象，對(duì)GPS-RTK技術(shù)的應(yīng)用原理進(jìn)行分析討論，提出GPS-RTK技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)路徑，闡述GPS-RTK小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量精度誤差處理方法。最終發(fā)現(xiàn)GPS-RTK技術(shù)具有精度高和穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)，能大幅度減少人力、物力資源，保證測(cè)量任務(wù)按時(shí)完成，希望通過(guò)研究，為后續(xù)類似問題提供參考。

關(guān)鍵詞：GPS-RTK技術(shù)；小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量；精度研究

中圖分類號(hào)：P 23 " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

對(duì)空間規(guī)劃來(lái)說(shuō)，農(nóng)房測(cè)量具有重要意義，需要參考精確數(shù)據(jù)信息，因此，在技術(shù)運(yùn)用方面，應(yīng)保證科學(xué)、合理。GPS-RTK技術(shù)是一種自動(dòng)化程度較高的現(xiàn)代化技術(shù)，能縮小誤差，降低測(cè)量難度。但是目前我國(guó)部分區(qū)域在對(duì)小區(qū)域農(nóng)房進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，會(huì)因多路徑效應(yīng)、衛(wèi)星接收質(zhì)量等因素出現(xiàn)精準(zhǔn)度問題，削弱技術(shù)運(yùn)用價(jià)值。由此可見，對(duì)GPS-RTK技術(shù)在小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量中的精度問題進(jìn)行研究非常必要。

1 GPS-RTK小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量精度誤差處理研究

1.1 小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量精度誤差分析

衛(wèi)星是一種動(dòng)態(tài)載體，在GPS-RTK技術(shù)測(cè)量的過(guò)程中，信號(hào)為動(dòng)態(tài)瞬時(shí)產(chǎn)生，若衛(wèi)星數(shù)量和其他參數(shù)較好，則系統(tǒng)初始化時(shí)間更短，精準(zhǔn)度更強(qiáng)；反之會(huì)削弱精準(zhǔn)度，甚至難以達(dá)到求解要求。與此同時(shí)，在信號(hào)傳遞的過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)對(duì)流層等多種環(huán)境，極易受到外部環(huán)境的干擾而中斷，此過(guò)程要求技術(shù)人員借助誤差模型進(jìn)行修正和技術(shù)優(yōu)化，盡量?jī)?yōu)化初始化時(shí)間，提高系統(tǒng)質(zhì)量。此外，在系統(tǒng)測(cè)量的過(guò)程中，信號(hào)是以無(wú)線電的形式進(jìn)行傳遞，極易受到電磁波或其他物體影響，削弱數(shù)據(jù)可靠性[1]。

1.2 轉(zhuǎn)換參數(shù)影響誤差處理

在應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)的過(guò)程中，主要影響精度產(chǎn)生誤差的因素包括轉(zhuǎn)換參數(shù)、衛(wèi)星信號(hào)、數(shù)據(jù)通信以及系統(tǒng)自身問題。為有效提高精度，技術(shù)人員需要做好以下內(nèi)容：對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)影響誤差來(lái)說(shuō)，如果已知在同一區(qū)域選擇了不同級(jí)別的公共點(diǎn)，但是轉(zhuǎn)換參數(shù)有所差異，就需要對(duì)參數(shù)控制范圍進(jìn)行檢定[2]。具體流程如圖1所示。

2 小農(nóng)房測(cè)量GPS-RTK精度檢測(cè)研究

2.1 小農(nóng)房區(qū)域測(cè)量GPS-RTK運(yùn)用案例分析

案例一：某區(qū)域?yàn)槊鞔_城鄉(xiāng)一體化低級(jí)管理信息系統(tǒng)，進(jìn)一步提高土地管理工作質(zhì)量，對(duì)小農(nóng)房進(jìn)行了測(cè)量工作，在具體工作中，技術(shù)人員嚴(yán)格按照國(guó)土資源局確定的測(cè)繪范圍，根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等五部委制訂的《農(nóng)村地籍和房屋調(diào)查技術(shù)方案》進(jìn)行數(shù)據(jù)勘測(cè)和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)等工作。在具體工作中，充分運(yùn)用GPS-RTK、全站儀技術(shù)手段和設(shè)備對(duì)信息進(jìn)行收集等工作，并基于數(shù)字化測(cè)繪對(duì)地形進(jìn)行測(cè)量等，從而精準(zhǔn)掌握小農(nóng)房區(qū)域的位置、界線、數(shù)量和質(zhì)量等基本信息。建立以宗地為基本單元，城鎮(zhèn)地籍調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)相匹配的城鄉(xiāng)一體化地籍管理信息系統(tǒng)。

2.1.1 確認(rèn)方案

在使用GPS-RTK技術(shù)的過(guò)程中，技術(shù)人員人為可忽略控制點(diǎn)，按照基準(zhǔn)控制點(diǎn)的設(shè)置強(qiáng)化界址點(diǎn)和地標(biāo)物的坐標(biāo)設(shè)定，并借助CASS和多媒體軟件進(jìn)行野外測(cè)繪工作。目前，測(cè)區(qū)小農(nóng)房面積約占當(dāng)?shù)鼐用窬幼】偯娣e的2/3且部分地形復(fù)雜，涉及水域等體系。因此應(yīng)該綜合分析，用GPS-RTK對(duì)地形進(jìn)行分析，如果GPS信號(hào)較差，就借助全站儀配合工作。

2.1.2 測(cè)量?jī)?nèi)容

先測(cè)量房屋建筑面積，按照變現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算。其中應(yīng)注意計(jì)算單層面積，若存在不封閉陽(yáng)臺(tái)則按照1/2算。在陽(yáng)臺(tái)面積測(cè)算方面，需要采用不同的樣態(tài)方式測(cè)算，例如對(duì)封閉陽(yáng)臺(tái)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該按照水平投影面積計(jì)算。在寧村房屋挑廊測(cè)算方面，也是根據(jù)水平投影面積，如果半封閉就需要按照面積的一半測(cè)算。走廊等區(qū)域通常按照柱的外圍水平投影面積計(jì)算，如果沒有柱，就按照面積的一半計(jì)算。門廊面積測(cè)算作為與房屋相連的重要結(jié)構(gòu)，如果有獨(dú)立立柱，就按照外圍投影面積計(jì)算。

2.1.3 系統(tǒng)處理

在CC軟件中增設(shè)控制點(diǎn)，加以調(diào)整后完成自動(dòng)化建模。運(yùn)用自動(dòng)紋理映射等功能建立小農(nóng)房區(qū)實(shí)景三維模型。與傳統(tǒng)的地物采集形式相比，借助GPS-RTK技術(shù)可有效解決結(jié)構(gòu)不完整等問題，強(qiáng)化三維模型精準(zhǔn)度，在測(cè)量的過(guò)程中應(yīng)確保墻體平整，保證邊線和角點(diǎn)的精準(zhǔn)度和技術(shù)運(yùn)用的科學(xué)性。

2.2 小農(nóng)房區(qū)域測(cè)量GPS-RTK運(yùn)用案例分析

2.2.1 項(xiàng)目要求

案例二：本文選取的研究對(duì)象為某地方城市的工業(yè)區(qū)建筑物。此區(qū)域地勢(shì)相對(duì)平坦，地面要素主要包括廠房、道路和房屋等。精度指標(biāo)為1∶500的地形圖，項(xiàng)目成果包括測(cè)區(qū)實(shí)景三維模型一套和測(cè)區(qū)正射影像圖一套。需要準(zhǔn)備好RTK無(wú)人機(jī)、五鏡頭和數(shù)據(jù)處理軟件等儀器設(shè)備，并配備飛行技術(shù)人員、外業(yè)測(cè)量人員和內(nèi)業(yè)編輯人員。通過(guò)在無(wú)人機(jī)上搭載五鏡頭，對(duì)農(nóng)村一體化確權(quán)項(xiàng)目進(jìn)行航測(cè)。由于本次測(cè)繪項(xiàng)目較為特殊，甲方只要求測(cè)量房屋的占地，須根據(jù)“宗”進(jìn)行計(jì)算，因此測(cè)區(qū)范圍相對(duì)較廣，單個(gè)任務(wù)測(cè)區(qū)較小，因此本文只以其中一塊作為研究對(duì)象。

2.2.2 數(shù)據(jù)采集

在完成準(zhǔn)備工作后，需要對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行勘探，了解測(cè)區(qū)交通狀況，控制點(diǎn)分布和地形地貌，掌握測(cè)區(qū)內(nèi)建筑最大高度，以便規(guī)劃航線，制定飛行方案。確定航線的設(shè)計(jì)參數(shù)，包括2D飛行模式，飛行高度為90m，飛行速度為8m，每秒航向重疊率為75%，預(yù)計(jì)飛行時(shí)間為30min。要布設(shè)像控點(diǎn)，共計(jì)10個(gè)控制點(diǎn)，應(yīng)均勻分布于測(cè)區(qū)。同時(shí)，為滿足平面精度需求，還要布設(shè)大量檢查點(diǎn)。通常在地面起伏不大的區(qū)域選取控制點(diǎn)，盡可能規(guī)避房角點(diǎn)或存在高程起伏的焦點(diǎn)，避免因人員操作失誤，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不符。同時(shí)，在作業(yè)過(guò)程中還要使用RTK連接cors（一款數(shù)據(jù)分析軟件）通過(guò)平滑踩點(diǎn)功能，測(cè)量像控點(diǎn)點(diǎn)位坐標(biāo)值，要求每組像控點(diǎn)采集3個(gè)測(cè)回。每個(gè)測(cè)回采集10個(gè)點(diǎn)，計(jì)算平均值，在測(cè)回完成后重啟接收機(jī)，拍照記錄每組像控點(diǎn)，保證照片能全面呈現(xiàn)測(cè)控點(diǎn)的地形特征。要確認(rèn)航飛狀況，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的過(guò)程中，充分按照地面站App提示進(jìn)行全面檢查，保證界面左上角出現(xiàn)起飛準(zhǔn)備完畢后，才可實(shí)施升空作業(yè)。并利用遙控器屏幕監(jiān)控飛機(jī)工作狀態(tài)，關(guān)注電池電量，調(diào)整飛機(jī)飛行姿態(tài)，確認(rèn)航高和速度等指標(biāo)。對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)和航攝影像進(jìn)行整理檢查，在確認(rèn)信息無(wú)遺漏且影像清晰后，完成數(shù)據(jù)處理工作。

2.2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理與生產(chǎn)

當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，要完成空三加密，導(dǎo)入程序軟件，加入控制點(diǎn)，調(diào)整控制點(diǎn)位置，保證其與空三網(wǎng)聯(lián)合評(píng)查優(yōu)化到合格數(shù)值，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化建模作業(yè)。

要進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)，對(duì)高精度實(shí)景三維模型來(lái)說(shuō)，應(yīng)通過(guò)隔網(wǎng)切塊、自動(dòng)紋理映射等流程，生產(chǎn)高精度模型成果，常規(guī)的三維測(cè)度方式是根據(jù)三維模型地物采集，若房屋模型結(jié)構(gòu)不完整，則很容易影響幾何精度，導(dǎo)致后續(xù)測(cè)圖成果無(wú)法滿足精度要求。因此，需要保證房屋結(jié)構(gòu)完整和墻面平整，為后期的測(cè)圖軟件數(shù)據(jù)采集提供支持，保證房屋清晰且房屋焦點(diǎn)準(zhǔn)確，利用布設(shè)檢查點(diǎn)校準(zhǔn)模型的精度，直至精度合格后可完成后續(xù)作業(yè)。

根據(jù)研究，采用RTK+五鏡頭的作業(yè)方式，能對(duì)測(cè)區(qū)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位捕捉，縮短航飛時(shí)間，產(chǎn)生高質(zhì)量模型成果，并在一定程度上降低外業(yè)控制點(diǎn)，提高作業(yè)效率。

2.3 GPS-RTK技術(shù)在小農(nóng)房區(qū)域運(yùn)用結(jié)果精度檢測(cè)分析

2.3.1 RTK定位和地籍信息精度檢測(cè)

RTK測(cè)量（如圖2所示）在運(yùn)用過(guò)程中主要涉及精度是指設(shè)備儀器在出廠時(shí)的精度，若想要全面掌握精度的具體情況，則需要通過(guò)檢測(cè)掌握具體數(shù)據(jù)。目前這種測(cè)量技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用在工程測(cè)量中，尤其是對(duì)小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量來(lái)說(shuō)，在技術(shù)運(yùn)用的過(guò)程中可有效保證工程進(jìn)度。

在對(duì)小農(nóng)房進(jìn)行檢定的過(guò)程中，技術(shù)人員需要先設(shè)定目標(biāo)區(qū)域坐標(biāo)點(diǎn)的三維真值，假設(shè)其為（X，Y，Z）且每個(gè)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的GPS觀測(cè)值為（Xj，Yj，Zj），此環(huán)境下，RTK系統(tǒng)的測(cè)量值為（Xr，Yr，Zr），此過(guò)程中靜態(tài)觀測(cè)與系統(tǒng)數(shù)據(jù)間的誤差就為?Xj=Xj-X，Y與Z的誤差以此類推。如果此時(shí)誤差間的差為dX、dY、dH，則相應(yīng)數(shù)值分別為Xj-Xr、Yj-Yr、Zj-Zr。此時(shí)根據(jù)誤差傳播計(jì)算要求，可得出誤差傳播數(shù)據(jù)，之后可按照權(quán)倒數(shù)傳播定律計(jì)算誤差信息，在得出以上基本信息后，可以得出RTK中X坐標(biāo)以及Y坐標(biāo)的誤差，最終掌握RTK測(cè)量點(diǎn)H坐標(biāo)誤差情況。

在對(duì)RTK精度可靠性進(jìn)行檢定的過(guò)程中，需要與已知數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，即GPS坐標(biāo)信息，通過(guò)坐標(biāo)采集等形式推理不同點(diǎn)位的精度信息，之后按照以上數(shù)據(jù)公式可以得到RTK測(cè)量精度信息，掌握測(cè)量的實(shí)際狀況，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。

2.3.2 RTK平面精度檢測(cè)

坐標(biāo)檢驗(yàn)試驗(yàn)分析是為了幫助技術(shù)人員掌握坐標(biāo)參數(shù)的精準(zhǔn)度情況。在試驗(yàn)的過(guò)程中，工作人員將基準(zhǔn)站安裝在GPS網(wǎng)點(diǎn)上，采用RTK觀測(cè)值與已知數(shù)據(jù)對(duì)比的方式完成較差研究。

結(jié)合數(shù)據(jù)信息可知，RTK測(cè)量數(shù)據(jù)信息與已知GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)間的差距主要為毫米級(jí)別，最大數(shù)值為14cm，最小為無(wú)差別。在對(duì)差值嚴(yán)重地區(qū)進(jìn)行分析的過(guò)程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)卮嬖诮ㄖ镎趽醯那闆r，因此導(dǎo)致數(shù)據(jù)波動(dòng)，為保證數(shù)據(jù)信息的價(jià)值，技術(shù)人員結(jié)合數(shù)據(jù)信息，認(rèn)為在RTK測(cè)量過(guò)程中，能夠滿足2cm內(nèi)的數(shù)據(jù)精度要求，符合小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量的精準(zhǔn)度標(biāo)準(zhǔn)[3]。

2.3.3 RTK高程精度分析

在運(yùn)用RTK技術(shù)的過(guò)程中，會(huì)涉及高程測(cè)量?jī)?nèi)容，為進(jìn)一步掌握高程精度情況，本文將對(duì)GPS-RTK精度進(jìn)行分析，根據(jù)靜態(tài)控制網(wǎng)各點(diǎn)考察檢測(cè)掌握數(shù)據(jù)信息，并按照相關(guān)文件要求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，誤差在±15mm屬于高差單位權(quán)中誤差標(biāo)準(zhǔn)值[4]。

結(jié)合數(shù)據(jù)分析顯示，高程數(shù)據(jù)主要為3cm內(nèi)，部分條件較高的區(qū)域甚至可以達(dá)到毫米級(jí)別需求，說(shuō)明RTK通?？梢詽M足小區(qū)域房屋測(cè)量需求，若周圍建筑物較為密集，則需要注意數(shù)據(jù)誤差。高精度檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)作流程如圖3所示。

3 小區(qū)域農(nóng)房測(cè)定GPS-RTK最優(yōu)轉(zhuǎn)換參數(shù)確認(rèn)與檢驗(yàn)

在RTK測(cè)定的過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)換點(diǎn)有所差異，因此在最終數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度方面也會(huì)受其影響產(chǎn)生誤差。出現(xiàn)此問題的原因有很多，除了人為影響外，在技術(shù)運(yùn)用的過(guò)程中獲取最佳的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)是提高精度的主要工作內(nèi)容[5]。

對(duì)小區(qū)域農(nóng)房測(cè)定工作來(lái)說(shuō)，在RTK測(cè)量的過(guò)程中主要是以四參數(shù)轉(zhuǎn)換為主，并借助擬合的形式掌握區(qū)域高程信息狀況。因此本文將對(duì)此進(jìn)行分析。結(jié)合現(xiàn)有情況來(lái)看，當(dāng)轉(zhuǎn)換公共點(diǎn)較多時(shí)，必然存在殘差數(shù)據(jù)，一旦殘差較為嚴(yán)重，就說(shuō)明精準(zhǔn)度存在問題，需要及時(shí)對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行更換。除此之外，為保證測(cè)量的質(zhì)量，要求平面殘差應(yīng)該滿足標(biāo)準(zhǔn)，即在1cm內(nèi)。因此工作人員對(duì)14個(gè)公共點(diǎn)進(jìn)行分析和參數(shù)求解，采用殘差分析的方式掌握精準(zhǔn)度情況。其中X0=7685.356，平移Y0數(shù)值為1786.900，尺度K=1。結(jié)合數(shù)據(jù)來(lái)看，在求解的過(guò)程中，X、Y殘差較大，甚至可以達(dá)到3.7cm，最小數(shù)值也已經(jīng)達(dá)到0.62cm，對(duì)GPS-RTK技術(shù)運(yùn)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)超出標(biāo)準(zhǔn)，因此需要及時(shí)更換，并再次求解，最終在更換完成后達(dá)到較好的殘差要求[6]。

結(jié)合以上分析，可得出以下結(jié)論信息：在對(duì)小區(qū)域農(nóng)房進(jìn)行測(cè)定的過(guò)程中，求解的精準(zhǔn)度并不會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)換點(diǎn)的數(shù)量增加而發(fā)生明顯改變；在已知求解點(diǎn)坐標(biāo)的環(huán)境下，采用逐一測(cè)算后去除殘差較大點(diǎn)的形式，可找出最終的最優(yōu)解；在剔除參數(shù)的過(guò)程中，需要判斷科學(xué)性，避免出現(xiàn)粗差影響最終數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度[7]。

4 GPS-RTK運(yùn)用效果分析

為進(jìn)一步滿足檢驗(yàn)需求，提高對(duì)GPS-RTK精準(zhǔn)度的了解，技術(shù)人員應(yīng)提高GPS-RTK使用質(zhì)量：運(yùn)用全站儀了解數(shù)據(jù)信息，并借助系統(tǒng)數(shù)據(jù)完成信息比對(duì)，進(jìn)一步掌握實(shí)際數(shù)據(jù)內(nèi)容。在具體工作中，技術(shù)人員應(yīng)該先計(jì)算較差和中誤差，其中較差的計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

?2（d2）=?X2+?Y2 " " " （1）

式中：?X、?Y為此區(qū)域運(yùn)用GPS-RTK系統(tǒng)測(cè)量與全站儀測(cè)量間數(shù)據(jù)的較差。

中誤差測(cè)算如公式（2）所示。

（2）

式中：m1為中誤差測(cè)算數(shù)值；[dd]為d2的總和。

根據(jù)GPS-RTK信息，對(duì)精度進(jìn)行檢查。在精度檢查的過(guò)程中，技術(shù)人員分別在以上兩個(gè)區(qū)域挑選30個(gè)測(cè)量點(diǎn)作為目標(biāo)區(qū)域，對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。在具體工作中，要求技術(shù)人員對(duì)最大誤差數(shù)據(jù)和中誤差信息進(jìn)行分析，需要注意的是需要按照規(guī)定要求對(duì)此過(guò)程的數(shù)據(jù)進(jìn)行取值。結(jié)合已有數(shù)據(jù)，最大誤差約為0.0692m，粗差約為0.0734m。結(jié)合誤差數(shù)據(jù)對(duì)比，誤差范圍整體在粗差區(qū)域內(nèi)，說(shuō)明使用GPS-RTK技術(shù)能滿足小區(qū)域農(nóng)房測(cè)定的精準(zhǔn)度要求，可達(dá)到可靠性與真實(shí)性標(biāo)準(zhǔn)[8]。

5 結(jié)論

綜上所述，本文對(duì)GPS-RTK技術(shù)在小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量中的精度問題進(jìn)行了細(xì)致化分析，結(jié)合目前研究，在GPS-RTK技術(shù)運(yùn)用背景下，小區(qū)域農(nóng)房測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度大幅度提高，可有效減少返工等情況，有助于保證工作進(jìn)度。因此在后續(xù)的工作中，要求技術(shù)人員應(yīng)該不斷強(qiáng)化自身專業(yè)能力，做好數(shù)據(jù)測(cè)定，減少對(duì)后續(xù)工作的影響，為空間規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

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