基于差分GPS技术的梅县地籍测量实施研究

2013-12-29罗明胜

科技资讯 2013年20期

摘要：本文以差分GPS技术在地籍测量中的应用为研究对象，以笔者参与的梅县土地调查项目为研究背景，论文首先分析了地籍测量的精度要求，进而结合工程背景，按照RTK地籍测量的流程探讨了各项技术方法，并在此基础上，给出了精度分析方法，全文是笔者长期工作实践基础上的技术总结，相信对同行能有所裨益。

关键词：RTK 地籍测量控制测量碎部测量精度分析

中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0036-02

1 实时差分GPS测量技术

差分GPS（DGPS）是最近几年发展起来的一种新的测量方法。实时动态（Real Time Kinematic简称RTK）测量技术，也称载波相位差分技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。实时动态测量的基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在流动站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。

实时动态（RTK）定位测量系统的构成实时动态定位测量系统主要由以下三部分构成。

（1）卫星信号接收系统在实时动态定位测量系统中。应至少包含两台GPS接收机，分别安置在基准站和流动站上。当基准站同时为多用户服务时，应采用双频GPS接收机，其采样率与流动站采样率最高的相一致。（2）数据传输系统（数据链）。由基准站的数据发射装置与流动站数据接收装置组成，它是实现实时动态测量的关键性设备。其稳定性依赖于高频数据传输设备的可靠性与抗干扰性。为了保证足够的数据传输距离及信号强度，一般在基准站还需要附加功率放大设备。（3）软件解算系统。实时动态定位测量的软件解算系统对于保障实时动态测量结果的精确性与可靠性，具有决定性的作用。

在具体外业测量中，可以根据精度要求的不同，选用静态差分定位，快速静态差分定位，动态差分定位或实时动态差分（RTK）等不同的作业模式。

2 地籍测量的精度要求

地籍测量是测定和调查土地及其上附着物的权属、位置、质量、数量和利用现状等基本状况的测绘工作，属于工程测量的一部分。地籍测量的常规测量方法是先采用全站仪导线测量布设控制点，然后在导线控制点的基础上进行宗地界址点的碎部测量。导线测量经常受到起算控制点密度不足、测站之间通视差以及精度不均匀等问题的困扰，而且耗费人力、时间和资金。随着近些年GPSR TK技术的出现以及GPS接收机空间定位精度的不断提高，GPS RTK已经广泛地应用到控制测量、地形图测量、地籍测量和房产测量中。使用GPS RTK进行空间定位具有定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、操作简便以及全天候作业的优点。

2.1 地籍控制测量精度要求

地籍控制测量必须遵循从整体到局部，由高级到低级分级控制（分级布网，但也可越级布网）的原则。

地籍控制测量分为基本控制测量和地籍控制测量两种。基本控制测量分一、二、三、四等，可布设相应等级的三角网（锁）、测边网、导线网84e964763ff19dda7cf5ceea8b18a656和GPS网等。在基本控制测量的基础上进行地籍控制测量工作，分为一、二级，可布设为相应级别的三角网、测边网、导线网和GPS网。

2.2 地籍碎部测量精度要求

地籍碎部测量即界址点和地物点坐标、地类要素的获取，包括定境界线，土地权属界址线和界址点，房屋及其他构筑物的实地轮廓，铁路、公路、街道等交通线路，海岸、滩涂等主要水工设施的测绘。界址点是界址线或边界线的空间或属性的转折点，而界址点坐标是在某一特定的坐标系中利用测量手段获取的一组数据，即界址点地理位置的数学表达。界址点坐标的精度，可根据测区土地经济价值和界址点的重要程度来加以选择。在我国。考虑到地域之广大和经济发展不平衡，对界址点精度的要求也应有不同的等级。

3 工程概况

本次地籍测量的作业区域位于梅县新县城，面积为8 km2。测区内地势平坦，平均高程2000（85） m左右，地势大体平坦，东北低，西南略高。经过测算，整个测区界址点数为2.6万个。如果采用全站仪进行控制点测量和界址点测量，按照投人4个作业组（每组4人）进行测量，每个作业组一天测量100个界址点，则需65天，若用GPS RTK方法进行界址点测量，将4个作业组拆分为8个作业小组（每组2人），力争每个作业小组一天测量100个界址点以上，从而将外业测量时间压缩到33天以内。

4 实施方案与精度评定

4.1 作业流程

作业流程的科学化是数字测量的关键，结合测区已有的资料，以有关规程、规范为依据，设计作业流程，如图1所示。

4.2 控制测量

常规的地籍控制测量采用三角网、导线网方法来施测，这些测量方法要求相邻控制点之间必须通视，技术规范对导线的长度、图形都有相应的要求，而且，在外业测设过程中不能实时知道导线的精度，如果测设完成后，回到内业进行平差处理后，发现测量精度不符合规范要求的，还必须返工重测。

GPS RTK技术解决了常规控制测量中的这些问题，这种方法在测量过程中不要求点与点之间的通视，不要求进行导线平差，对控制点之间的图形、边长也没有什么要求，而且，采用实时GPS RTK测量能实时获得定位的坐标数据及精度，测量控制器上会实时显示坐标及其点位精度，如果点位精度满足要求了，用户就可以将坐标的均值、精度及图形属性存贮到电子手簿中，一般测量一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。这样可以大大提高作业效率。在地籍测图和勘测定界工作中，如果把RTK用于控制测量，布设测图控制网，不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率。

在应用GPS RTK布设控制网前，应采用GPS RTK的点校正功能求出测区WGS-84坐标与80或54坐标的转换参数，以避免投影变形过大，得不到更精确的控制点坐标成果。

（1）参考站位置的选择。

选择参考站时，GPS天线平面15°倾角以上无大片障碍物阻挡卫星信号，参考站至测区的视野应开阔，无高大建筑物或高山阻挡，尽量使用高增益天线，以增加作用距离。参考站四周100 m内无大的电磁波辐射源，如微波站、高压线等。在较远距离工作时，将参考站设置在高楼顶或山顶上，提高参考站的高度。将电台天线放到尽量远离GPS天线和主机的地方，以防电磁波干扰。

（2）流动站的作业环境要求。

流动站应避免在密集楼群里、树丛中或高压线下使用。在同时接收到5颗卫星的情况下，流动站可以开始作业。由于电台通讯的无线电频率高，具有直线传播的特性，因此流动站距参考站的距离在市区不超过4 km，郊区不超过7 km。

（3）数据链的设置。

主机中GPS接收部分与数据链部分一体化，便于携带。数据链采用了高增益的天线（发射功率为15 W，且最高可调至35 W），使得参考站在距离远的情况下仍然保持较好的稳定性，一般无需设置无线电中继站。数据链采用电台通讯，为使数据传播性能可靠、误码率低，作业时采用甚高频（UHF）或超高频（VHF）模式。电台发射天线需要架设在高处，以提高RTK作业的有效距离。

4.3 碎部测量

传统的碎部测量一般是根据测区已有的图根控制点，利用平板仪测图或使用全站仪测图，使用全站仪时，测每个点均翰人该点的地物编码。然后再利用成图软件成图，这些方法作业时要求测站点和被测的周围地物地貌等碎部点之间一定要通视，而且一台仪器至少要求2～3人同时进行作业。

采用RTK技术进行测图时，不要求通视，架设好基准站后，仅需一人拿着仪器便可以开始测量。测量时，测量员在仪器已经初始化（获得固定解）的情况下，在要测的地形地貌碎部点上，将测杆对中、让气泡居中后，开始测量几秒钟，就能获得该点的坐标，精度达到要求后就可保存，保存点时输人该点的特征编码，把一个区域内的地形地物点位测定后，利用专业数据传输和处理软件可以输出所有的测量点。用RTK技术测定点位不要求点间通视，仅需一人操作，便可完成测图工作，大大提高了测图的工作效率。

4.4 放样

放样是测量的一个应用分支，在地籍测量中和工程施工中经常使用。它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来。放样的方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样，距离交会等等，利用以上方法放样出点的位置时，往往需要根据测量的结果来回移动目标，直至到达点位。放样同测图一样，需要通视情况良好，需要跑尺者和观测者，工作效率低。

采用RTK技术放样时，可以在室内用专用软件将要放样的点（或线）坐标编辑好，传输到GPS的手簿中，便可以在野外进行操作。操作时，按提示选择放样点后，GPS RTK会实时解算出天线所在位置的坐标，同时与待放样的坐标进行比较，得出两者之间的坐标差，再通过手簿的界面文字和图形导航到点。以Trimble 5700为例，执行放样操作后，手簿屏幕上文字界面会出现距离放样点的水平距离、垂直距离，图形界面会出现箭头和指北方向，指示该往哪个方向放样点靠近，当仪器在距离放样点3 m之内时，箭头消失，放样点用圆环表示，GPS天线的位置用十字丝显示。这种作业方法能很方便地找到放样点。

4.5 内业数据处理

外业采集数据后，及时对外业采集的数据进行内业数据处理。

通过全站仪通讯软件把数据下载到计算机中，再通过其他辅助软件编辑将数据存为*.DAT格式，用CASS6.0成图软件展绘碎部测量点，结合宗地草图和预设编码进行初步成图，同时加载地籍各个要素，做到地籍图图形数据的完整性和正确性。待一切就绪，就可生成不同比例尺的宗地图、界址点成果表、界址调查表、宗地属性表等相关内容，为地籍信息数据库的建立做好准备。

4.6 数字地籍图编译和地籍管理信息系统的建立

在一个宗地成图结束后，首先是内业复查，根据宗地草图及地籍调查表在计算机上进行全面的审核，是否有漏测和处理不当的地方，并加以修改。比如注记房屋的层数与结构、单位名称、道路名称、河流名称、宗地门牌号等。如果没有问题，则可以自动生成界址线、注记本宗地相邻界址点间的距离、界址点编号等工作，同时交土地管理部门审查。

利用MAP GIS软件编制*.WT和*.WL文件以及MAP.ZD文本文件，也可利用RDCIS软件编制*.EBF和*.EBP文件，调用软件的“用交换文件生成图形”的功能来生成地籍图。由于MAPCIS成图的局限性，可以利用CASS6.0成图，然后再将图形文件（*.DWG）转换成标准交换文件*.DXF，再到MAPGIS软件环境下进行转换，生成需要的数据库入库数据，如图2所示。

5 测距仪测距精度分析

用测距仪测量时，高差公式为：

目前常用的测距仪标称精度为±（5 mm+5 ppmD），对误差精度分析如下。

5.1 测距误差的影响

5.2 对高差误差的影响

若只进行单向观测，当断离超过300 m时，应加上地球曲率和大气折光改正数，此时高差公式应为：

对高差误差的影响为：

6 结语

通过上面的分析与计算，可以得出当用经纬仪测量时，测距误差及高差误差与竖直角大小有关，测距误差与竖直角大小成正比，随着竖直角的增加，测距相对误差增大。

参考文献

[1] 李青元，林宗坚，李成明.真三维GIS技术研究的现状与发展[J].测绘科学，2010（2）.

[2] 王少娟，王丹.3维城市建筑物模型数据采集的质量控制[J].测绘通报，2010（1）.