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摘要： 本文主要探讨GPS-RTK技术在地籍测量中的应用。
关键词： GPS-RTK；地籍测量； 精度
Pick to: this paper mainly discusses the GPS - RTK technology in the application of cadastral survey.
Keywords: GPS - RTK; Cadastral survey; Accuracy of the
中图分类号：P271 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）04-0000-00
1 可行性研究
1.1 RTK 用于地籍控制测量
为研究RTK 用于地籍控制测量的可行性, 以实际地籍控制测量为例, 对RTK 的测量精度进行了试验。测区选在视野开阔、无高大建筑、接收信号较好, 能较好地获取GPS信号的地方。该区的作业半径在10 km 以内, 采用RTK( 1+ 1) 模式进行测量。为了检核RTK 测量精度, 采用了静态GPS 测量与之进行对比。在区四周共选设了一个基准站( 编号为A) 和6个观测点( 编号分别为B1~ B6 )。采用边连式将其连接构成GPS 网。对RTK与静态GPS 测量结果进行了比较, 如表1 所示。
表1 点位精度比较
GPS 静态技术精度相当高, 而且十分可靠。从表1 可以看出, 运用RTK 技术获取的测量成果与之相比, 其较差在1~2 cm。根据控制测量规范要求, Ñ级导线点的点位误差为0.5 cm,由此得出结论，利用RT K 技术可获得厘米级的精度, 其精度完全能满足地籍Ñ、Ò级导线控制测量和图根控制测量的要求。
1.2 RTK 用于界址点测量
土地勘查测量定界( 包含界址点) 的主要工作是测量地块的形状、位置、数量等数据。为了检验RTK 能不能用于界址点测量, 以南昌市某郊区的地籍测量项目为例, 做了如下精度试验。选取1 个RT K 测量基准网点C 作为基准站, 在距离基准站10 km 以内选取宗地权属界址点12 ( D1~D12 )。采用静态GPS 测量技术、全站仪对选定的10 个界址点进行了测量。对RT K 技术与静态GPS 测量技术测量界址点的坐标结果进行了比较。界址点坐标较差结果如表2 所示。
表2 界址点坐标较差结果
根据地籍测量规程, 在地籍平面控制测量基础上的地籍碎部测量, 其界址点允许误差在10~ 15 cm。该项目组在3天内就采集了近700 个碎部点, 采用TGO 数据处理软件解算采集数据。表2 结果表明, RT K 碎部测量的精度在5 cm以下, 这样的精度完全满足碎部界址点测量的精度要求, 而且省时省力。
2 对策
2.1 坐标系统转换
本文对采用不同坐标转换模型带来的位置误差影响情况进行了研究( 试验基线长5. 2 km, 选取测量中精度较好的6 个点进行数据处理) , 几种坐标转换模式的位置误差比较如表3 所示。其中, F1 为三参数模型、F2 为四参数
表3 坐标转换模式产生的位置误差比较
模型、F3 为七参数模型。由表3 可得如下结论: RTK 测量的坐标转换存在一定
的误差, 对坐标定位的误差达厘米级, 坐标系原点平移参数并不对测量结果产生明显影响, 与三参数和四参数相比, 七参数转换模型的精度最好, 四参数转换模型的精度很低, 不能用于RTK 作业模式。当基线距离增加至10~ 15 km 时,利用三参数坐标转换模型计算得到位置误差(DX , DY , DZ ) 分别为( 2. 51, 2. 93, 3. 67) 和( 3. 56, 3. 53, 5. 20) ; 七参数坐标转换模型计算得到位置误差分别为( 1. 93, 2. 48, 3. 08) 和( 3. 01, 3. 14, 4. 48) , 即坐标轴指向误差和尺度不一致参数对定位的误差大小随基线长度增加而增大。所以, 提高坐标轴指向误差和尺度不一致参数误差是RTK 高精度定位的关键。如果测区的范围不大, 可以考虑三参数坐标转换模型。相对来说, Z 坐标的转换精度不高, 这主要是由于大地高不能精确获得, 从而引起尺度误差和变形, 不能保证整体及相对几何关系的不变性。解决方法可采用提取GPS 定位成果三维向量中的平面X Y向量, 构成二维向量网。Z 坐标可先转换成相应的高程, 然后采用高程拟合法, 通过转化获得高精度的Z 坐标, 以减少坐标转换带来的误差影响。
2.2 天线相位中心变化
天线的机械中心和电子相位中心一般不重合, 且电子相位中心是变化的,它与接收信号的频率、方位角和高度角等有关。经研究数据表明,忽视天线相位中心的变化, 对点位坐标的误差影响可达到3 cm, 最大可达5 cm。
如果要求RT K 定位精度达到1 cm, 就需要知道天线和基地站天线的精确相位图形, 并加以修改。在实际的工作中, 如果使用同一类接收机天线, 在相距不远的两个或多个观测站上同步观测同一组卫星, 通过观测值得求差,削弱相位中心偏移的影响。此时各观测站的天线应按其附有的方位进行定向, 可使用罗盘使天线指向磁北极, 定向偏差保持在3b；另外, 使用前还应对接收机天线进行检验。天线检验的方法分为两种: 一种是实验室内的绝对检验法, 天线相位中心绝对检验法精度可达1~ 3 mm; 另一种是野外检验法, 常见的校正方法是ROTH ACH ER 法, 对基准站的定位精度要求高, 建议采用绝对检验法。
2.3 多路径效应
（1）观测点不宜在山坡、山谷和盆地中设站观测,而应尽量地形开阔、地势平坦、无高大建筑遮挡物的地方。
（2）考虑到多路径的周期性, 应选取适当的观测时段, 并将接收机天线架设的尽量架高一些, 以减少反射信号的影响。
2.4 RTK 作业范围
本文对观测站距基准站距離的远近对观测站点位位移量的影响进行了试验。
试验结果表明, 流动站距基准站距离对定位误差的影响与距离成正比, 距离越远影响越大, 一般在10 km 以内可以满足地籍测量的精度要求。边长大于15 km 的长距离GPS 基线向量, 只能采取常规静态测量方式，边长在10~ 15 km 的GPS 基线向量, 如果观测时刻的卫星较多, 外部观测条件较好, 可采用快速静态GPS 测量模式; 如果在平原开阔地区可尝试RTK 模式。
边长小于5 km 的一、二级地籍控制网的基线, 优先采用RTK 方法, 如果设
备条件不能满足要的, 可采用快速静态定位方法; 边长为5~ 10 km 的二、三、四等基本控制网的GPS基线向量, 优先采用快速静态GPS 测量方法; 设备条件许可和外部观测环境合适时, 可以使用RT K 测量模式。对于地籍控制测量, 由于要求精度较高, 其基线距离不宜太大, 一般不超过5 km, 地籍碎部测量可适当放宽, 但不宜超过15 km。
3 结 语
终上所述，文章结合实例分析了GPS2RT K 技术在地籍测量实践中所反应出的问题并提出相应的解决方法。所以地籍测量要求碎部点数量大,精度要求高,同时要求作业区内整体精度平衡, 这样才能使RTK2GPS提高作业效率, 让RTK 技术将在地籍测量中得到更广泛的应用。
参考文献
[1]徐绍铨等. GPS 测量原理及应用. 武汉测绘科技大学出版社, 1998.
[2]柳响林. GPS RTK 技术在岗长线定线测量中的应用.1999 年控制测量与GPS 应用论文集.
关键词： GPS-RTK；地籍测量； 精度
Pick to: this paper mainly discusses the GPS - RTK technology in the application of cadastral survey.
Keywords: GPS - RTK; Cadastral survey; Accuracy of the
中图分类号：P271 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）04-0000-00
1 可行性研究
1.1 RTK 用于地籍控制测量
为研究RTK 用于地籍控制测量的可行性, 以实际地籍控制测量为例, 对RTK 的测量精度进行了试验。测区选在视野开阔、无高大建筑、接收信号较好, 能较好地获取GPS信号的地方。该区的作业半径在10 km 以内, 采用RTK( 1+ 1) 模式进行测量。为了检核RTK 测量精度, 采用了静态GPS 测量与之进行对比。在区四周共选设了一个基准站( 编号为A) 和6个观测点( 编号分别为B1~ B6 )。采用边连式将其连接构成GPS 网。对RTK与静态GPS 测量结果进行了比较, 如表1 所示。
表1 点位精度比较
GPS 静态技术精度相当高, 而且十分可靠。从表1 可以看出, 运用RTK 技术获取的测量成果与之相比, 其较差在1~2 cm。根据控制测量规范要求, Ñ级导线点的点位误差为0.5 cm,由此得出结论，利用RT K 技术可获得厘米级的精度, 其精度完全能满足地籍Ñ、Ò级导线控制测量和图根控制测量的要求。
1.2 RTK 用于界址点测量
土地勘查测量定界( 包含界址点) 的主要工作是测量地块的形状、位置、数量等数据。为了检验RTK 能不能用于界址点测量, 以南昌市某郊区的地籍测量项目为例, 做了如下精度试验。选取1 个RT K 测量基准网点C 作为基准站, 在距离基准站10 km 以内选取宗地权属界址点12 ( D1~D12 )。采用静态GPS 测量技术、全站仪对选定的10 个界址点进行了测量。对RT K 技术与静态GPS 测量技术测量界址点的坐标结果进行了比较。界址点坐标较差结果如表2 所示。
表2 界址点坐标较差结果
根据地籍测量规程, 在地籍平面控制测量基础上的地籍碎部测量, 其界址点允许误差在10~ 15 cm。该项目组在3天内就采集了近700 个碎部点, 采用TGO 数据处理软件解算采集数据。表2 结果表明, RT K 碎部测量的精度在5 cm以下, 这样的精度完全满足碎部界址点测量的精度要求, 而且省时省力。
2 对策
2.1 坐标系统转换
本文对采用不同坐标转换模型带来的位置误差影响情况进行了研究( 试验基线长5. 2 km, 选取测量中精度较好的6 个点进行数据处理) , 几种坐标转换模式的位置误差比较如表3 所示。其中, F1 为三参数模型、F2 为四参数
表3 坐标转换模式产生的位置误差比较
模型、F3 为七参数模型。由表3 可得如下结论: RTK 测量的坐标转换存在一定
的误差, 对坐标定位的误差达厘米级, 坐标系原点平移参数并不对测量结果产生明显影响, 与三参数和四参数相比, 七参数转换模型的精度最好, 四参数转换模型的精度很低, 不能用于RTK 作业模式。当基线距离增加至10~ 15 km 时,利用三参数坐标转换模型计算得到位置误差(DX , DY , DZ ) 分别为( 2. 51, 2. 93, 3. 67) 和( 3. 56, 3. 53, 5. 20) ; 七参数坐标转换模型计算得到位置误差分别为( 1. 93, 2. 48, 3. 08) 和( 3. 01, 3. 14, 4. 48) , 即坐标轴指向误差和尺度不一致参数对定位的误差大小随基线长度增加而增大。所以, 提高坐标轴指向误差和尺度不一致参数误差是RTK 高精度定位的关键。如果测区的范围不大, 可以考虑三参数坐标转换模型。相对来说, Z 坐标的转换精度不高, 这主要是由于大地高不能精确获得, 从而引起尺度误差和变形, 不能保证整体及相对几何关系的不变性。解决方法可采用提取GPS 定位成果三维向量中的平面X Y向量, 构成二维向量网。Z 坐标可先转换成相应的高程, 然后采用高程拟合法, 通过转化获得高精度的Z 坐标, 以减少坐标转换带来的误差影响。
2.2 天线相位中心变化
天线的机械中心和电子相位中心一般不重合, 且电子相位中心是变化的,它与接收信号的频率、方位角和高度角等有关。经研究数据表明,忽视天线相位中心的变化, 对点位坐标的误差影响可达到3 cm, 最大可达5 cm。
如果要求RT K 定位精度达到1 cm, 就需要知道天线和基地站天线的精确相位图形, 并加以修改。在实际的工作中, 如果使用同一类接收机天线, 在相距不远的两个或多个观测站上同步观测同一组卫星, 通过观测值得求差,削弱相位中心偏移的影响。此时各观测站的天线应按其附有的方位进行定向, 可使用罗盘使天线指向磁北极, 定向偏差保持在3b；另外, 使用前还应对接收机天线进行检验。天线检验的方法分为两种: 一种是实验室内的绝对检验法, 天线相位中心绝对检验法精度可达1~ 3 mm; 另一种是野外检验法, 常见的校正方法是ROTH ACH ER 法, 对基准站的定位精度要求高, 建议采用绝对检验法。
2.3 多路径效应
（1）观测点不宜在山坡、山谷和盆地中设站观测,而应尽量地形开阔、地势平坦、无高大建筑遮挡物的地方。
（2）考虑到多路径的周期性, 应选取适当的观测时段, 并将接收机天线架设的尽量架高一些, 以减少反射信号的影响。
2.4 RTK 作业范围
本文对观测站距基准站距離的远近对观测站点位位移量的影响进行了试验。
试验结果表明, 流动站距基准站距离对定位误差的影响与距离成正比, 距离越远影响越大, 一般在10 km 以内可以满足地籍测量的精度要求。边长大于15 km 的长距离GPS 基线向量, 只能采取常规静态测量方式，边长在10~ 15 km 的GPS 基线向量, 如果观测时刻的卫星较多, 外部观测条件较好, 可采用快速静态GPS 测量模式; 如果在平原开阔地区可尝试RTK 模式。
边长小于5 km 的一、二级地籍控制网的基线, 优先采用RTK 方法, 如果设
备条件不能满足要的, 可采用快速静态定位方法; 边长为5~ 10 km 的二、三、四等基本控制网的GPS基线向量, 优先采用快速静态GPS 测量方法; 设备条件许可和外部观测环境合适时, 可以使用RT K 测量模式。对于地籍控制测量, 由于要求精度较高, 其基线距离不宜太大, 一般不超过5 km, 地籍碎部测量可适当放宽, 但不宜超过15 km。
3 结 语
终上所述，文章结合实例分析了GPS2RT K 技术在地籍测量实践中所反应出的问题并提出相应的解决方法。所以地籍测量要求碎部点数量大,精度要求高,同时要求作业区内整体精度平衡, 这样才能使RTK2GPS提高作业效率, 让RTK 技术将在地籍测量中得到更广泛的应用。
参考文献
[1]徐绍铨等. GPS 测量原理及应用. 武汉测绘科技大学出版社, 1998.
[2]柳响林. GPS RTK 技术在岗长线定线测量中的应用.1999 年控制测量与GPS 应用论文集.