董玉娟，石奉華

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北保定 071001)

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GPS-RTK結(jié)合手機(jī)奧維互動地圖在農(nóng)田土地平整測量中的應(yīng)用

董玉娟，石奉華

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北保定 071001)

結(jié)合河北省森澤縣某測區(qū)實踐，探討了利用載波相位實時動態(tài)差分定位(GPS-RTK)進(jìn)行土地平整測量的便捷性，以及用手機(jī)奧維互動地圖來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“草圖+點號”法的可行性，二者結(jié)合，極大地提高了土地平整測量的外業(yè)工作效率。

土地平整；GPS-RTK；手機(jī)奧維互動地圖

土地平整是土地整理的重要部分，指對地表層的狀況進(jìn)行改造，消除土地不同位置較明顯的高差，是農(nóng)田水利建設(shè)的一項基礎(chǔ)工作。土地平整測量是開展土地平整的前期工作，區(qū)別于一般的地形測量，屬于目的性強(qiáng)的專題測繪[1]。如何快速、高效地進(jìn)行土地平整測量，是確保土地平整符合設(shè)計要求的基礎(chǔ)，對于縮短土地平整工期、加快工程進(jìn)度、提高預(yù)期效益有重要意義。

載波相位實時動態(tài)差分定位(GPS-RTK)是GPS測量技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)，只要能保證一定的視野開闊性，就能保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚贂惩皽?zhǔn)確率[2]。GPS-RTK可以通過實時處理達(dá)到厘米級的定位精度，具有速度快、精度高、費(fèi)用省等特點，目前利用該技術(shù)進(jìn)行土地平整測量已得到測繪行業(yè)的廣泛認(rèn)可[2]。

地面數(shù)字測圖的主要特點是精度高，是目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地平整測量的主要方法。GPS測量結(jié)合“草圖+點號”的方法進(jìn)行外業(yè)測量，利用計算機(jī)繪圖軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理是常用的手段。而隨著智能手機(jī)的普及，百度地圖、高德地圖、Google地圖、騰訊地圖等一大批手機(jī)地圖應(yīng)用程序(APP)，定位越來越準(zhǔn)確，使用越來越人性化。筆者結(jié)合河北省石家莊市某測區(qū)的實踐，探討了GPS-RTK結(jié)合手機(jī)奧維互動地圖在農(nóng)田土地平整測量中應(yīng)用的便捷性和可行性。

1 測區(qū)概況

測區(qū)位于河北省石家莊市森澤縣，包括賈村、羊村和侯村3個自然村的部分農(nóng)田。這部分農(nóng)田主要種植青儲玉米。為提高灌溉效率，實現(xiàn)土地集約化管理，提高產(chǎn)量，希望將原本高低起伏的農(nóng)田平整為激光平地。

測區(qū)由若干個地塊組成，各個地塊之間的距離較近，總面積達(dá)133.33 hm2，實際測量時間為2016年1月，恰逢冬季，草木凋零，幾乎無遮擋；且測區(qū)內(nèi)土地較為平整，坑溝的深度都不超過1 m。綜合來看，測區(qū)各種情況有利于差分信號的傳播。

一般來說，土地整理測量比例尺要求為1∶2 000，部分重點整理區(qū)域，如待整理的土地平整區(qū)域，采用1∶500的比例尺[3]。因此，該次測量的主要任務(wù)是：測制待測區(qū)域1∶500比例尺的地形圖，作為激光平地規(guī)劃設(shè)計的底圖，同時滿足土石方量計算的要求，以明確土地平整中的工程量。

2 作業(yè)方案

綜合考慮測區(qū)的實際情況，該次外業(yè)測量選定GPS測量手段，配備南方靈銳S-82T型雙頻GPS-RTK接收機(jī)1+4套，精測模式下，RTK水平定位精度為1 cm+2 ppm，垂直定位精度為2 cm+1 ppm。配備專業(yè)測繪人員5人。

土地平整GPS測量，一般分為靜態(tài)測量和實時動態(tài)測量(RTK)2個階段。靜態(tài)測量提供圖根控制點，RTK測量進(jìn)行地形碎部測量[1]。

2.1 控制網(wǎng)布設(shè) 該次測量測區(qū)范圍較小，且在基站的信號覆蓋區(qū)，目標(biāo)單一，不要求和國家坐標(biāo)系或當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系進(jìn)行聯(lián)測，采用的是假定平面直角坐標(biāo)系和假定高程系。

在測區(qū)合適的位置選擇1個點作為校正點，需保證該點位置交通便利，且周圍無遮擋，便于做標(biāo)記，假設(shè)該點的坐標(biāo)為(1 000，1 000，100)(也可以是其他任意值，但需保證測區(qū)內(nèi)所有點的坐標(biāo)值皆為正值)。每次測量前，所有的移動站都要到基準(zhǔn)點上進(jìn)行單點校正，以保證不同的儀器測出的所有點都在同一個坐標(biāo)系統(tǒng)。這種方法雖然假定了原點的位置，但利用了WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)本身的X、Y方向。

這種方法適用于測區(qū)較小且不要求聯(lián)測的情況，不影響結(jié)果的相對點位精度，能夠滿足土地平整的測量要求。

2.2 地形碎部測量

2.2.1 基準(zhǔn)站架設(shè)。基準(zhǔn)站的架設(shè)位置可以不固定，盡量選擇在測區(qū)中央，交通位置較為便利，遠(yuǎn)離水域，位置較高，四周開闊，保證差分信號的傳播。

2.2.2 基準(zhǔn)站和移動站之間的關(guān)聯(lián)。移動站在基準(zhǔn)站信號覆蓋區(qū)，且兩者間的距離保持在儀器的許可范圍內(nèi)即可，根據(jù)RTK的作業(yè)半徑，基準(zhǔn)站和移動站之間的距離應(yīng)保持在5 km以下。此時，移動站手簿在測量界面顯示“固定解”。

2.2.3 GPS-RTK地形碎部測量。該次農(nóng)田平整測量作業(yè)重點是對地形的碎部測量，以滿足土石方測算的要求。對于平坦地區(qū)的農(nóng)田平整測量，由于地形起伏不大，土地平整較容易，涉及的土方量較小，可采用方格網(wǎng)法測量。測量過程中遇到地勢較低洼或起伏較大時，可用加密方格網(wǎng)間距的方式解決。重點加密擬規(guī)劃建設(shè)的溝和渠沿線的高程點，以達(dá)到計算土方量的要求[4]。

不同比例尺的地形圖要求測量格網(wǎng)間距不同。1∶500比例尺地形圖中，要求圖上3～4 cm有高程點，即實地15～20 m有高程點。在實際測量中，碎部點布置如圖1所示。

圖1 方格網(wǎng)法布設(shè)碎部點Fig.1 Layout detail point of grid method

假設(shè)農(nóng)田南北較窄，東西較寬，4臺GPS移動站從南到北每間隔15 m左右測1個高程點，直到北邊邊界，再繼續(xù)從北測到南，依次一排一排向前推進(jìn)。移動站數(shù)量不同，這種跑方格的方法不變。該種方格法測量方法可以保證測區(qū)內(nèi)碎部點布置均勻且比較密集，能夠滿足內(nèi)業(yè)階段利用方格網(wǎng)法計算土石方量的要求。

測量過程中，如果遇到地物，如水渠、出水口、坑、電線桿、電力線的走向等，都不能遺漏。在坎的測量中，要求不僅在坎上測量，測出位置、高程，還要測出坎底的高程。道路測定主要是測區(qū)內(nèi)的農(nóng)村道路，包括“村村通”硬化路、長期形成的鄉(xiāng)村主要交通土路、生產(chǎn)路等。電力設(shè)施測繪主要指現(xiàn)有變壓器和電力線的測繪，包括電力線的走向[5]。

農(nóng)田的邊界因其重要性，最好專門跑一圈碎部點，保證精度。

2.2.4 草圖繪制。傳統(tǒng)的“草圖+點號”法由領(lǐng)圖員在紙上繪圖并記錄點號，在農(nóng)田地形碎部測量中并不方便。因為農(nóng)田的特點是地勢相對平坦，且測區(qū)內(nèi)的地物類型單一，可識別性不強(qiáng)，很容易混淆和遺漏。而且，移動站不止1個，1名領(lǐng)圖員想要在大片的農(nóng)田里跟上若干臺移動站的步伐，保證位置關(guān)系正確且無遺漏地記錄各個地物，基本上是不可能的，實際上也降低了整體測量的效率。如果給每個移動站配備1個領(lǐng)圖員，既不現(xiàn)實也非常浪費(fèi)資源。

該次測量共有5名測量員，留1名測量員進(jìn)行統(tǒng)籌安排，其余4名測量員各自攜帶1臺移動站和1部智能手機(jī)，手機(jī)安裝了手機(jī)奧維互動地圖，利用此軟件，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的草圖。

圖2 手機(jī)奧維互動地圖界面Fig.2 Interface of mobile phone orville interactive map

圖3 “我在這”收藏當(dāng)前位置Fig.3 Current location collected in “I am here”

如圖2所示，進(jìn)入手機(jī)奧維互動地圖界面，聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，點擊屏幕下方“我在這”，進(jìn)入圖3界面，選擇“收藏我的位置”，進(jìn)入圖4界面，可以給當(dāng)前所在的位置選擇“名稱”，“備注”詳細(xì)信息，可以將RTK手簿上的點號作為“名稱”，也可將地物點的特殊之處添加為“備注”，如渠頭、出水口的方向等。也可在“圖標(biāo)”中(圖5)，給不同的地物選擇不同的圖標(biāo)，如電線桿、路邊點、田邊點、水渠點、灌溉出水口、水井等，甚至可以不記錄點號，內(nèi)業(yè)繪圖時也一目了然。設(shè)置完這些選項，“保存”之后，當(dāng)前位置即被收藏，手機(jī)屏幕上亦出現(xiàn)該點的圖標(biāo)。

圖4 “備注”地物點信息Fig.4 Information map of “Note” planimetric point

圖5 選擇不同圖標(biāo)代表不同種類地物Fig.5 Surface features represented by different icons

測量員收藏的所有位置可以以文件的形式分享給每位好友，如圖6所示。測區(qū)共有面積不等的地塊超過10塊，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的指認(rèn)下，利用手機(jī)奧維互動地圖APP標(biāo)定農(nóng)田邊界位置，如圖7所示。并通過好友界面，將該邊界共享給每個測量員，使測量員既可以一起作業(yè)，也可以在不同的地塊單獨作業(yè)，形式非常靈活。已完成的工作也可以即時共享給隊員，多個地塊的草圖在同一界面顯示(圖8)，整體測量進(jìn)度十分明了。

圖6 好友界面可以傳輸文件共享Fig.6 Files sharing in friends interface

圖7 共享邊界信息Fig.7 Sharing boundary information

圖8 多個地塊草圖一同顯示Fig.8 Showing several plot sketches together

綜合來說，相對于傳統(tǒng)的“草圖+點號”法，這種借助于智能手機(jī)的無紙化作業(yè)節(jié)約了人員，提高了效率，可操作性非常強(qiáng)，在實踐中取得了很好的效果。

3 經(jīng)驗總結(jié)

該次測量將手機(jī)奧維互動地圖應(yīng)用到草圖的編制中，簡化了過程，節(jié)約了人員，極大地提高了地形碎部測量的效率。

(1)土地平整測量，無論選擇何種測量手段，都要先控制后碎部。如果測區(qū)范圍較大，測區(qū)附近又能夠找到等級點，需要和等級點聯(lián)測來布設(shè)控制網(wǎng)，控制點的選取需覆蓋整個測區(qū)。如果測區(qū)較小，實際又無等級點進(jìn)行聯(lián)測，且并不要求與國家或地方坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測的，可以選用假定平面直角坐標(biāo)系和高程系。因測區(qū)較小，測量結(jié)果的點位相對精度在誤差范圍之內(nèi)。

(2)實踐證明，控制測量階段，GPS-RTK技術(shù)可以大大減少控制點的數(shù)目，直接得到外業(yè)測量數(shù)據(jù)；碎部測量階段，又可以通過實時處理達(dá)到厘米級的定位精度，相比傳統(tǒng)的測量技術(shù)，更便捷高效。

(3)面積較大的農(nóng)田、坑塘等地塊，采用格網(wǎng)法計算土石

方量。測量過程中遇到地勢較低洼或起伏較大時，可用加密方格網(wǎng)間距的方式解決。后期設(shè)計平整坡度時，不用嚴(yán)格遵循“填挖平衡”的原則，可盡量按照自然坡度的走向，計算出平整后的高程。該方法有利于農(nóng)田灌溉，也會降低土地平整的工作量，加快工程進(jìn)度。

(4)地面數(shù)字測圖可以提供高精度的大比例尺地形圖。最常用的是“草圖+點號”法，這種方法在城鎮(zhèn)地形測量中非常實用。但是，農(nóng)田測區(qū)范圍大，地勢相對平坦，地物類型單一，方向不易分辨，“草圖+點號”法使用起來很不方便。手機(jī)奧維互動地圖在土地平整測量中有很多優(yōu)勢：不需要配備專門的領(lǐng)圖員，節(jié)約人員；可以直接保存每個地物點的位置，甚至不需要記錄點號；不同類型的地物點用不同的圖標(biāo)表示，內(nèi)業(yè)畫圖時簡單明了；測量員之間共享數(shù)據(jù)，既可單獨作業(yè)，又可合作測量；多個地塊草圖可在同一界面顯示，方向統(tǒng)一；工作進(jìn)度一目了然；查缺補(bǔ)漏非常方便。當(dāng)然，也可以嘗試其他的手機(jī)地圖APP，只要能夠提高工作效率，保證記錄的準(zhǔn)確性，都是可行的辦法。

(5)如果測區(qū)范圍不大，但是信號遮擋較為嚴(yán)重，需要在圖根控制點的基礎(chǔ)上，加密控制點供補(bǔ)充測量使用。也可采用GPS和全站儀相結(jié)合的方法，即利用GPS做圖根控制和部分碎部測量，利用全站儀進(jìn)行補(bǔ)充測量，會取得比單純的GPS測量更好的效果[2]。

[1] 張奇，胡石元，張金亭.基于GPS技術(shù)的基本農(nóng)田土地整理測繪研究[J].測繪信息與工程，2007，32(5)：34-35.

[2] 高華峰，張海春.RTK技術(shù)結(jié)合全站儀在土地平整測量中的應(yīng)用[J].四川建筑，2007，27(2)：103-105.

[3] 郭昌平.淺談土地整理測量應(yīng)注意的問題[J].陜西煤炭，2009(2)：82-83.

[4] 任志剛.測量工作在土地整理類項目中的應(yīng)用體會[J].現(xiàn)代測繪，2012，35(2)：57-58.

[5] 丁祖?zhèn)?，李曉?土地整理項目規(guī)劃設(shè)計階段測繪要點分析[J].城市勘測，2014(1)：151-154.

Application of GPS-RTK and Mobile Phone Orville Interactive Map in the Agricultural Land Leveling Survey

DONG Yu-juan, SHI Feng-hua

(College of Urban and Rural Construction, Agricultural University of Hebei, Baoding, Hebei 071001)

Combining with the practice of the surveyed area in Senze County of Hebei Province, we discussed the convenience of using GPS-RTK for land leveling survey, and the feasibility of using mobile phone orville interactive map to replace traditional “sketch + point number”. The combination of the two greatly enhanced the field work efficiency of land leveling survey.

Land leveling survey; GPS-RTK; Mobile phone orville interactive map

董玉娟(1982- )，女，河南羅山人，講師，碩士，從事大地測量學(xué)與工程測量研究。

2016-09-18

S 26

A

0517-6611(2016)31-0238-04