GPS-RTK與全站儀在城鎮(zhèn)地籍測量中的應(yīng)用

徐建英

(長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 測繪工程系，湖北 武漢 430212)

0 引言

地籍測量在我國才剛剛興起，城鎮(zhèn)地籍測量是城鎮(zhèn)土地管理工作中的一項重要工作。它與地形測量有著嚴格的區(qū)別，其核心任務(wù)是測量城市各類土地的位置、大小、界址點坐標(biāo)、宗地面積以及城市地籍圖。

地籍測量工作主要由地籍控制測量和地籍碎部測量兩部分組成。常規(guī)的地籍測量方法通常是應(yīng)用全站儀配合測圖軟件進行，即首先在測區(qū)布設(shè)首級控制網(wǎng)，然后布設(shè)圖根控制網(wǎng)，最后在控制點上安置儀器進行界址點的碎部測量。這種方法原則上要求測站點與碎部點必須通視，視距不允許超過400m，且工作效率不高，精度不均勻，需投入大量的時間、人力和財力［1］。

GPS-RTK定位技術(shù)具有高精度、高效率、施測方便、點間不需要通視、能夠全天候進行觀測等優(yōu)點，但在某些區(qū)域、位置受到信號的限制，如在高大建筑物或在隱蔽的樹下時，就很難接收到衛(wèi)星的信號，或接收的信號不夠穩(wěn)定，無法進行準確的測量［6］。若對空曠地區(qū)的地形、地物用GPS-RTK測圖，對樹木或房屋密集地區(qū)的建筑物則先用GPS-RTK實時給出所測圖根點的三維坐標(biāo)，再使用全站儀進行測圖，這樣就可發(fā)揮出GPS 與全站儀兩種儀器各自的優(yōu)勢，大大提高工作效率，同時又可以保證測量成果的精度。

1 GPS-RTK技術(shù)基本思路、定位原理及在地籍測量中的應(yīng)用

1．1 GPS-RTK技術(shù)基本思路

RTK 技術(shù)是集計算機技術(shù)、無線電技術(shù)和GPS 測量技術(shù)等為一體的組合系統(tǒng)，它能夠?qū)崟r地確定未知點的三維坐標(biāo)，可進行全天候作業(yè)，且每個點的誤差均不累計，精度高［4］。

RTK(Real Time Kinematic)動態(tài)測量技術(shù)簡化了外業(yè)操作，只需要1 人就可以完成大部分的測量工作。其基本的思路是:在基準站安置1 臺GPS 儀器作為基準站，對所有可見的GPS 衛(wèi)星進行連續(xù)的觀測，將所測的數(shù)據(jù)以及測站坐標(biāo)信息通過無線電設(shè)備及時準確地發(fā)送給流動站;流動站不僅接收基準站所傳輸?shù)臏y量數(shù)據(jù)，還要采集GPS 觀測數(shù)據(jù)，然后依據(jù)相對定位原理實時動態(tài)地計算并顯示流動站的三維坐標(biāo)和精度［3］。

1．2 GPS-RTK技術(shù)定位原理

GPS 衛(wèi)星系統(tǒng)主要包括三大部分:地面監(jiān)控部分、空間衛(wèi)星部分和用戶接收部分。在進行靜態(tài)GPS 測量時，一般至少需要兩臺接收機進行同步觀測，對記錄的數(shù)據(jù)需要用相關(guān)處理軟件進行基線向量的解算、平差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等工作后，求出未知點的三維坐標(biāo)。靜態(tài)GPS 測量系統(tǒng)在測量現(xiàn)場不能實時地求得待定點的三維坐標(biāo)，因此不能直接應(yīng)用于具體的測繪項目［6］。

RTK 動態(tài)相對定位原理如圖1 所示，基準站把所接收到的衛(wèi)星信息和基準站的信息傳遞到流動站，流動站可同時接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)和基準站傳遞的數(shù)據(jù)。在流動站完成初始化程序后，把所接收到的基準站信息傳遞到控制器內(nèi)并把基準站的載波信號與本身接受的信號進行差分處理，即可求出未知點的坐標(biāo)［2］。

2 GPS-RTK與全站儀在城鎮(zhèn)地籍測量中的應(yīng)用實例

應(yīng)用GPS-RTK技術(shù)可測定每一宗土地的權(quán)屬界線以及地籍圖，能實時地測定有關(guān)界址點及地物點的坐標(biāo)，可達厘米級的精度，能夠很好地滿足地籍測量精度要求;還可將獲得的數(shù)據(jù)實時地進行保存、處理，并直接錄入GPS 系統(tǒng)，可及時、準確地獲得地籍圖。但在GPS 衛(wèi)星信號不能接收的地方，應(yīng)使用全站儀，采用圖解法或解析法進行細部測量，GPSRTK 與全站儀的聯(lián)合應(yīng)用簡化了工作程序，提高了外業(yè)觀測速度，省時省力［6］。

下面以寶雞市金臺區(qū)城鎮(zhèn)地籍(變更)測量(1∶500)實踐為例予以說明。

2．1 工作范圍

本次地籍測量任務(wù):東起南坡村，西至福臨堡，南起金渭兩區(qū)分界線，北至八里橋，面積共計約33 平方公里，其中補測地籍圖16．5平方公里。區(qū)內(nèi)涉及7 個街道辦事處和1 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要為工廠、醫(yī)院、商業(yè)、鐵路等國有用地單位，也有農(nóng)村集體用地、城鎮(zhèn)居民用地，國有土地與集體土地相互交錯插花，由于近幾年城市化發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)變更地籍調(diào)查工作難度較大。本次地籍調(diào)查涉及8 個街區(qū)、153 個街坊、1 658宗地，界址點17 322個。如果采用全站儀進行控制點測量和界址點測量，按照每天測量45 個界址點計算，則需要385 天(超過一年)才能完成任務(wù)，無法保證在3 個月內(nèi)結(jié)束外業(yè)測量任務(wù)，如果采用GPS-RTK配合全站儀進行測量，如按平均每天可測量250 個界址點計算，則外業(yè)測量時間可壓縮到90天以內(nèi)，能按期完成任務(wù)。

2．2 地籍測量

2．2．1 控制測量

本測區(qū)以四等GPS 網(wǎng)作為首級平面控制，在此基礎(chǔ)上加密E 級GPS 網(wǎng)和二級導(dǎo)線網(wǎng)。在充分利用原有四等GPS 網(wǎng)的基礎(chǔ)上，布設(shè)E 級GPS 點17 個，起算點分布合理，從平差結(jié)果看，其最弱點點位中誤差(5115)Mp= ±1．91cm，最弱邊邊長相對中誤差為1/39 937(5102—5101)，網(wǎng)中同步環(huán)最大相對閉合差為5．696 ppm，異步環(huán)最大相對閉合差為8．838 ppm，其各項精度指標(biāo)均優(yōu)于規(guī)程中的精度要求。為了滿足測定界址點的要求，在原有四等GPS 網(wǎng)和E 級GPS 網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)了兩個二級電磁波測距導(dǎo)線網(wǎng)，經(jīng)計算測區(qū)控制測量成果可靠，完全滿足《城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程》［5］的要求。

2．2．2 RTK 加密圖根點

界址點坐標(biāo)的測量是在二級導(dǎo)線點的基礎(chǔ)上進行的，如二級導(dǎo)線點不足時，則利用GPS 圖根導(dǎo)線進行加密。具體作法是:作業(yè)人員以4 人為一組，負責(zé)4 臺GPS 測量儀器，其中一臺GPS 作為基站，基站應(yīng)架設(shè)在地勢較高、地形比較開闊、附近沒有強電磁信號干擾的地方;另外3 臺儀器可作為3 個流動站分別到每個待定點上測量并記錄數(shù)據(jù)。每個流動站上的作業(yè)員可在同一點進行3 次獨立觀測，比較其觀測成果，如差值小于±5cm，則認為精度符合要求，取其平均值，并將其最終的測量結(jié)果記錄在手簿中，注意最后需復(fù)測到另外一個已知的控制上，完成圖根控制測量。

2．2．3 界址點測量

對于接收衛(wèi)星信號較好的平坦地區(qū)采用RTK 進行界址點測量，對于樹木較多或房屋密集的村莊等地區(qū)先采用RTK技術(shù)進行圖根點定位，然后利用全站儀采用極坐標(biāo)法直接測定界址點坐標(biāo)，完成數(shù)據(jù)的采集，將采集的數(shù)據(jù)存儲于儀器內(nèi)存中，在室內(nèi)將測量數(shù)據(jù)由全站儀和軟件傳輸?shù)接嬎銠C，再利用數(shù)字化成圖軟件參考宗地草圖編輯界址線，生成全數(shù)字化界址線圖。這種方法自動化程度高，大大提高了數(shù)據(jù)的可靠性和作圖的效率。

2．3 GPS-RTK成果的檢驗

用GPS-RTK測量出的點位精度，最大點位中誤差為4cm，所測邊長與鋼尺量距相比最大差值為5cm，界址點對鄰近圖根點點位中誤差不大于5cm，相鄰界址點間距中誤差不大于4cm，界址點與鄰近地物點間距不大于5cm，所繪地籍圖的精度均滿足《城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程》［5］的要求。

3 結(jié)語

通過利用GPS-RTK與全站儀相配合的方法進行城市地籍測繪，可得出如下結(jié)論:

(1)測量精度高、點位精度分布均勻。由于GPS 測量是通過地面接收設(shè)備接收衛(wèi)星信號來確定地面點的三維坐標(biāo)，測量誤差隨機分布，因而GPS-RTK測繪的各點之間不存在誤差的累積，有效地避免了傳統(tǒng)地籍測繪中由于邊長、角度等原因產(chǎn)生的誤差積累，提高了觀測精度。其平面精度不超過3cm，完全能夠滿足地籍測圖和控制測量精度的要求。

(2)作業(yè)范圍大。RTK 的作業(yè)半徑一般情況下可達7—9km，不受通視條件的制約。可將半徑范圍內(nèi)所有點一次性進行測量，操作十分靈活、簡便。

(3)作業(yè)效率高。普通等級點在城市中破壞較大且測量中車、人容易阻擋視線，完全利用全站儀測量必須考慮通視的要求，需要多次遷站，且受距離的限制。利用RTK+全站儀的方法可以形成優(yōu)勢互補，很好地解決市區(qū)環(huán)境的測量問題。

［1］喻華．GPS RTK 技術(shù)在地籍測量中的應(yīng)用［J］．測繪通報，2007，(4):51—52．

［2］段曙光．GPS-RTK技術(shù)在地籍測量中的應(yīng)用［J］．測繪與空間地理信息，2010，(2):107—109．

［3］李東榮．GPS-RTK聯(lián)合免棱鏡全站儀在礦山數(shù)字化測圖中的應(yīng)用效果［J］．甘肅科技，2013，8(15):45—47．

［4］劉愛輝．GPS-RTK配合全站儀數(shù)字測圖技術(shù)的應(yīng)用［J］．交通標(biāo)準化，2009，(9):159—161．

［5］TD1001-93，城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程［S］．

［6］吳學(xué)偉，伊?xí)詵|．GPS 定位技術(shù)與應(yīng)用［M］．北京:科學(xué)出版社，2010．