GPS RTK技術在地籍測量中的應用

廣西師范學院 韓世靜

中國冶金地質總局中南局南寧地質調查所 苗書鋒

徠卡測量新技術應用專欄

GPS RTK技術在地籍測量中的應用

廣西師范學院 韓世靜

中國冶金地質總局中南局南寧地質調查所 苗書鋒

一、概 述

地籍測量常規(guī)的作業(yè)方法是先采用全站儀導線測量布設控制點，然后進行碎部測量。但這種方法由于經常受到起算控制點密度、測站間的通視條件等因素的影響，不僅會耗費大量的人力和資金，而且會影響工程質量和進度。近些年來，隨著GPS RTK技術的進步，它已經廣泛應用到測繪項目中。此外GPS RTK技術具有定位精度高、布點靈活、觀測時間短、測站間無需通視、操作簡便及全天候作業(yè)等優(yōu)點，并顯著提高了工作效率和經濟效益，因此GPS RTK技術被廣泛地應用在地籍測量項目中。

二、GPS RTK的基本原理

1.GPS RTK技術工作原理

GPS實時動態(tài)測量(real time kinematic，RTK)是一種基于高精度載波相位觀測值的實時動態(tài)差分定位技術。它利用2臺以上的GPS接收機同時接收衛(wèi)星信號，其中一臺設置在已知點上作為基準站，并將基準站坐標、高程、坐標系轉換參數(shù)、水準面擬合參數(shù)等輸入GPS手簿，其他的GPS接收機則設置為流動站?；鶞收九c流動站要同時跟蹤至少5顆以上的衛(wèi)星，然后基準站將接收的衛(wèi)星信號通過基準站電臺發(fā)送到流動站，而流動站則將采集到的觀測數(shù)據(jù)與基準站發(fā)來的信號傳輸?shù)娇刂剖植?，組成差分觀測值，進行實時差分處理，實時得到本站的坐標和高程及其實測精度，并隨時將實測精度和預設精度指標進行比較。當實測精度達到預設精度指標時，手簿將提示測量人員是否接受該成果，如接受，手簿則將測得的坐標、高程及精度同時記進手簿。

2.坐標轉換參數(shù)的求解

轉換參數(shù)的求解是RTK動態(tài)測量的基礎，其精度直接影響RTK測量精度，所以選取轉換參數(shù)時要注意如下兩個方面:①測區(qū)外圍要有一定數(shù)量的高等級并經過水準聯(lián)測的控制點，所選公共點不要遠離測區(qū)并要均勻分布在測區(qū)周圍，盡量把RTK的基準站布設在RTK有效測區(qū)中央最高的控制點上;②為提高轉化精度，通常要聯(lián)測盡可能多的已知點，并利用最小二乘法求解轉換參數(shù)。應用控制點求解轉換參數(shù)時，可以有不同的作業(yè)方式:① 基準站位于已知點上時，將多個已知點的地心坐標與相應的當?shù)刈鴺溯斎腚娮邮植局校瑢嵉靥摂M聯(lián)測，解算出轉換參數(shù);②基準站架設在已知點或未知點上時，流動站依次測量各已知點的地心坐標，將各已知點所對應的當?shù)刈鴺讼档钠矫孀鴺撕透叱梯斎胧植局杏嬎戕D換參數(shù)，淘汰殘差比較大的已知點，從而解算出兩套坐標系之間的轉換參數(shù)。

3.徠卡Viva GNSS

徠卡Viva GS15 GNSS接收機是徠卡公司2010年在我國市場上推出的一款全新的產品，是測量行業(yè)首款第三代GNSS接收機，并支持北斗衛(wèi)星系統(tǒng)。該儀器采用模塊化設計，通信模塊內置在主機中，用戶自己可以進行更換，如將電臺模塊換成GPRS模塊等;主機內置了電臺天線和GPRS天線，是測量儀器行業(yè)首創(chuàng)的，可不接外接天線就可以使用;本儀器還采用了全新的外業(yè)軟件，界面非常的直觀和時尚，沒有太多的專業(yè)術語，以菜單引導，使用起來非常簡單。徠卡Viva GS15還具有測量行業(yè)最高的初始化可靠性(－99.99%)，極高的RTK測量精度靜態(tài)，RTK測量平面精度為 ±(10 mm+1× 10－6D);RTK測量高程精度為以及±(20 mm+1× 10－6D)。由于地籍測量對精度和可靠性要求較高，因此徠卡Viva GS15能很好地滿足要求。

三、案例分析

以襄陽市區(qū)地籍測量為例。本次所需測量的土地總面積約26 km2，且權屬關系復雜，權屬界址點數(shù)量大。為按時保質完成此次測量任務，經過分析研究，部分觀測條件合適的地區(qū)采用GPS RTK技術進行本工程圖根測量及細部測量。首級控制是以國土資源局提供的四等GPS控制點為起算依據(jù)，在測區(qū)內以載波靜態(tài)相對定位技術布設一級GPS控制網(wǎng)點，點與點之間都能滿足1或2個以上方向通視。此次測量中使用的儀器是徠卡Viva GS15。

1.控制測量

(1)轉換參數(shù)的求解

架設好基準站后，先選擇測區(qū)內及外圍的6個一級GPS點(高程已知，四等水準精度)作為公共點，然后通過GPS RTK流動站觀測，并利用隨機軟件計算地心坐標系(WGS-84)與當?shù)刈鴺讼档淖鴺宿D換參數(shù)和高程擬合參數(shù)。參數(shù)解算完成后，檢測3個已知點，對比后發(fā)現(xiàn)檢查點觀測坐標與已知坐標之差最大值小于±2 cm，從而說明轉換參數(shù)的計算是正確的。

(2)圖根控制測量

求解出轉換參數(shù)后，用流動站在圖根點上進行觀測。每次觀測時，記錄當前的觀測結果，同時輸入點名和天線高。對每個圖根點，采用不同時段進行兩次觀測。外業(yè)結束后將觀測結果導入Microsoft Excel電子表格中，計算兩次觀測值的坐標較差。本項目共施測RTK圖根點1 007個，其中11個點的坐標較差超限，再施測第三次進行比較，舍去較差大的那個觀測值。經過比較，最大值為±2.822 cm，最小值為0 cm。由于兩次觀測采用了不同基準站，觀測條件不相同，兩次觀測結果可看作為獨立雙觀測值，因此點位觀測中誤差為:±1.73 cm;同樣對兩次觀測的高程差數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計計算，得出高程觀測值較差中誤差為±1.61 cm。由此可見，用RTK進行圖根控制測量，無論是平面精度還是高程精度都能很好地滿足規(guī)范要求。

2.地籍圖測繪

地籍測量是為了獲取和表達地籍信息所進行的測繪工作。其基本內容是測定土地及其附著物的權屬、位置、數(shù)量、質量和利用狀況等?！冻擎?zhèn)地籍調查規(guī)程》(TD 1001—93)中對界址點精度的規(guī)定為:城鎮(zhèn)街坊外圍界址點及街坊內明顯的界址點間距允許誤差為±10 cm;城鎮(zhèn)街坊內部隱蔽界址點及村莊內部界址點間距允許誤差為 ±15 cm。而RTK能在野外實時得到厘米級的定位結果，所以在一定的條件下，可以利用RTK進行地形、地籍的碎部測量來代替常規(guī)的數(shù)字測圖。

野外測繪時，一人架設好基準站后，可同時將若干臺GPS流動站接收機分別進行碎部點測量。RTK的采集速度非?？欤捎诔跏蓟俣瓤?小于30 s)，并且在線運動過程中始終有固定解，每個碎部點采集時間一般不超過5 s，因此可以充分發(fā)揮RTK快速高精度定位的優(yōu)勢，大大提高了工作效率。野外結束后將數(shù)據(jù)以“點號，X坐標，Y坐標，高程”的形式存入電腦，并使用圖形處理軟件對其進行編輯處理，最終生成數(shù)字化地形、地籍圖。

四、結 論

GPS RTK能快速、準確地測定圖根點、碎部點的坐標和高程，實時提供精度可達厘米級經檢核的三維坐標，為本工程如期完工提供了有力保障。為了提高測量的精度和效率，經實踐證明，以下幾個方面需要引起重視。

1)基準站位置的選擇非常重要，它將直接影響到流動站的施測精度和測量速度。基準站應盡量架設在開闊無遮擋的高處，四周100 m內無大的電磁波輻射源(如微波塔、高壓線、雷達裝置)，以免影響衛(wèi)星信號的接收。

2)應根據(jù)測區(qū)的實際情況選擇合適的坐標轉換參數(shù)求解方法，求轉換參數(shù)時測區(qū)外圍要有3個以上的高等級并有經過水準聯(lián)測的控制點，且分布要均勻。

3)流動站在測量時，圓氣泡必須嚴格居中，因為RTK固定解是在穩(wěn)定收斂至毫米級后，開始記錄和儲存的。在實際操作中，RTK施測圖根控制點時可用三腳架對中整平來提高對中精度，并采用平滑采集模式取平均值進一步提高觀測精度。

4)在個別高大建筑物或建筑稠密地區(qū)，GPS會出現(xiàn)盲區(qū)，影響碎部測量精度和速度，不可勉強作業(yè)?？梢允褂脧瓶[蔽點測量方案來進行測量，或者采用 RTK增補圖根控制點，配合全站儀進行測量。