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(dòng)地圖在農(nóng)田土地平整測(cè)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(cè)區(qū)實(shí)踐，探討了利用載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位(GPS-RTK)進(jìn)行土地平整測(cè)量的便捷性，以及用手機(jī)奧維互動(dòng)地圖來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“草圖+點(diǎn)號(hào)”法的可行性，二者結(jié)合，極大地提高了土地平整測(cè)量的外業(yè)工作效率。

土地平整；GPS-RTK；手機(jī)奧維互動(dòng)地圖

土地平整是土地整理的重要部分，指對(duì)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(xiàng)基礎(chǔ)工作。土地平整測(cè)量是開(kāi)展土地平整的前期工作，區(qū)別于一般的地形測(cè)量，屬于目的性強(qiáng)的專(zhuān)題測(cè)繪[1]。如何快速、高效地進(jìn)行土地平整測(cè)量，是確保土地平整符合設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)，對(duì)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位(GPS-RTK)是GPS測(cè)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(kāi)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(guò)實(shí)時(shí)處理達(dá)到厘米級(jí)的定位精度，具有速度快、精度高、費(fèi)用省等特點(diǎn)，目前利用該技術(shù)進(jìn)行土地平整測(cè)量已得到測(cè)繪行業(yè)的廣泛認(rèn)可[2]。

地面數(shù)字測(cè)圖的主要特點(diǎn)是精度高，是目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地平整測(cè)量的主要方法。GPS測(cè)量結(jié)合“草圖+點(diǎn)號(hào)”的方法進(jìn)行外業(yè)測(cè)量，利用計(jì)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(lái)越準(zhǔn)確，使用越來(lái)越人性化。筆者結(jié)合河北省石家莊市某測(cè)區(qū)的實(shí)踐，探討了GPS-RTK結(jié)合手機(jī)奧維互動(dòng)地圖在農(nóng)田土地平整測(cè)量中應(yīng)用的便捷性和可行性。

1 測(cè)區(qū)概況

測(cè)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(gè)自然村的部分農(nóng)田。這部分農(nóng)田主要種植青儲(chǔ)玉米。為提高灌溉效率，實(shí)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(cè)區(qū)由若干個(gè)地塊組成，各個(gè)地塊之間的距離較近，總面積達(dá)133.33 hm2，實(shí)際測(cè)量時(shí)間為2016年1月，恰逢冬季，草木凋零，幾乎無(wú)遮擋；且測(cè)區(qū)內(nèi)土地較為平整，坑溝的深度都不超過(guò)1 m。綜合來(lái)看，測(cè)區(qū)各種情況有利于差分信號(hào)的傳播。

一般來(lái)說(shuō)，土地整理測(cè)量比例尺要求為1∶2 000，部分重點(diǎn)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(cè)量的主要任務(wù)是：測(cè)制待測(cè)區(qū)域1∶500比例尺的地形圖，作為激光平地規(guī)劃設(shè)計(jì)的底圖，同時(shí)滿足土石方量計(jì)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(cè)區(qū)的實(shí)際情況，該次外業(yè)測(cè)量選定GPS測(cè)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(cè)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(zhuān)業(yè)測(cè)繪人員5人。

土地平整GPS測(cè)量，一般分為靜態(tài)測(cè)量和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)2個(gè)階段。靜態(tài)測(cè)量提供圖根控制點(diǎn)，RTK測(cè)量進(jìn)行地形碎部測(cè)量[1]。

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

在測(cè)區(qū)合適的位置選擇1個(gè)點(diǎn)作為校正點(diǎn)，需保證該點(diǎn)位置交通便利，且周?chē)鸁o(wú)遮擋，便于做標(biāo)記，假設(shè)該點(diǎn)的坐標(biāo)為(1 000，1 000，100)(也可以是其他任意值，但需保證測(cè)區(qū)內(nèi)所有點(diǎn)的坐標(biāo)值皆為正值)。每次測(cè)量前，所有的移動(dòng)站都要到基準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行單點(diǎn)校正，以保證不同的儀器測(cè)出的所有點(diǎn)都在同一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)。這種方法雖然假定了原點(diǎn)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(cè)區(qū)較小且不要求聯(lián)測(cè)的情況，不影響結(jié)果的相對(duì)點(diǎn)位精度，能夠滿足土地平整的測(cè)量要求。

2.2 地形碎部測(cè)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(cè)區(qū)中央，交通位置較為便利，遠(yuǎn)離水域，位置較高，四周開(kāi)闊，保證差分信號(hào)的傳播。

2.2.2 基準(zhǔn)站和移動(dòng)站之間的關(guān)聯(lián)。移動(dòng)站在基準(zhǔn)站信號(hào)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(dòng)站之間的距離應(yīng)保持在5 km以下。此時(shí)，移動(dòng)站手簿在測(cè)量界面顯示“固定解”。

2.2.3 GPS-RTK地形碎部測(cè)量。該次農(nóng)田平整測(cè)量作業(yè)重點(diǎn)是對(duì)地形的碎部測(cè)量，以滿足土石方測(cè)算的要求。對(duì)于平坦地區(qū)的農(nóng)田平整測(cè)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(cè)量。測(cè)量過(guò)程中遇到地勢(shì)較低洼或起伏較大時(shí)，可用加密方格網(wǎng)間距的方式解決。重點(diǎn)加密擬規(guī)劃建設(shè)的溝和渠沿線的高程點(diǎn)，以達(dá)到計(jì)算土方量的要求[4]。

不同比例尺的地形圖要求測(cè)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(diǎn)，即實(shí)地15～20 m有高程點(diǎn)。在實(shí)際測(cè)量中，碎部點(diǎn)布置如圖1所示。

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

假設(shè)農(nóng)田南北較窄，東西較寬，4臺(tái)GPS移動(dòng)站從南到北每間隔15 m左右測(cè)1個(gè)高程點(diǎn)，直到北邊邊界，再繼續(xù)從北測(cè)到南，依次一排一排向前推進(jìn)。移動(dòng)站數(shù)量不同，這種跑方格的方法不變。該種方格法測(cè)量方法可以保證測(cè)區(qū)內(nèi)碎部點(diǎn)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(jì)算土石方量的要求。

測(cè)量過(guò)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(cè)量中，要求不僅在坎上測(cè)量，測(cè)出位置、高程，還要測(cè)出坎底的高程。道路測(cè)定主要是測(cè)區(qū)內(nèi)的農(nóng)村道路，包括“村村通”硬化路、長(zhǎng)期形成的鄉(xiāng)村主要交通土路、生產(chǎn)路等。電力設(shè)施測(cè)繪主要指現(xiàn)有變壓器和電力線的測(cè)繪，包括電力線的走向[5]。

農(nóng)田的邊界因其重要性，最好專(zhuān)門(mén)跑一圈碎部點(diǎn)，保證精度。

2.2.4 草圖繪制。傳統(tǒng)的“草圖+點(diǎn)號(hào)”法由領(lǐng)圖員在紙上繪圖并記錄點(diǎn)號(hào)，在農(nóng)田地形碎部測(cè)量中并不方便。因?yàn)檗r(nóng)田的特點(diǎn)是地勢(shì)相對(duì)平坦，且測(cè)區(qū)內(nèi)的地物類(lèi)型單一，可識(shí)別性不強(qiáng)，很容易混淆和遺漏。而且，移動(dòng)站不止1個(gè)，1名領(lǐng)圖員想要在大片的農(nóng)田里跟上若干臺(tái)移動(dòng)站的步伐，保證位置關(guān)系正確且無(wú)遺漏地記錄各個(gè)地物，基本上是不可能的，實(shí)際上也降低了整體測(cè)量的效率。如果給每個(gè)移動(dòng)站配備1個(gè)領(lǐng)圖員，既不現(xiàn)實(shí)也非常浪費(fèi)資源。

該次測(cè)量共有5名測(cè)量員，留1名測(cè)量員進(jìn)行統(tǒng)籌安排，其余4名測(cè)量員各自攜帶1臺(tái)移動(dòng)站和1部智能手機(jī)，手機(jī)安裝了手機(jī)奧維互動(dòng)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(dòng)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(dòng)地圖界面，聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，點(diǎn)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(diǎn)號(hào)作為“名稱”，也可將地物點(diǎn)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(diǎn)、田邊點(diǎn)、水渠點(diǎn)、灌溉出水口、水井等，甚至可以不記錄點(diǎn)號(hào)，內(nèi)業(yè)繪圖時(shí)也一目了然。設(shè)置完這些選項(xiàng)，“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(diǎn)的圖標(biāo)。

圖4 “備注”地物點(diǎn)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(lèi)地物Fig.5 Surface features represented by different icons

測(cè)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(cè)區(qū)共有面積不等的地塊超過(guò)10塊，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的指認(rèn)下，利用手機(jī)奧維互動(dòng)地圖APP標(biāo)定農(nóng)田邊界位置，如圖7所示。并通過(guò)好友界面，將該邊界共享給每個(gè)測(cè)量員，使測(cè)量員既可以一起作業(yè)，也可以在不同的地塊單獨(dú)作業(yè)，形式非常靈活。已完成的工作也可以即時(shí)共享給隊(duì)員，多個(gè)地塊的草圖在同一界面顯示(圖8)，整體測(cè)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(gè)地塊草圖一同顯示Fig.8 Showing several plot sketches together

綜合來(lái)說(shuō)，相對(duì)于傳統(tǒng)的“草圖+點(diǎn)號(hào)”法，這種借助于智能手機(jī)的無(wú)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(shí)踐中取得了很好的效果。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

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

(1)土地平整測(cè)量，無(wú)論選擇何種測(cè)量手段，都要先控制后碎部。如果測(cè)區(qū)范圍較大，測(cè)區(qū)附近又能夠找到等級(jí)點(diǎn)，需要和等級(jí)點(diǎn)聯(lián)測(cè)來(lái)布設(shè)控制網(wǎng)，控制點(diǎn)的選取需覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。如果測(cè)區(qū)較小，實(shí)際又無(wú)等級(jí)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，且并不要求與國(guó)家或地方坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測(cè)的，可以選用假定平面直角坐標(biāo)系和高程系。因測(cè)區(qū)較小，測(cè)量結(jié)果的點(diǎn)位相對(duì)精度在誤差范圍之內(nèi)。

(2)實(shí)踐證明，控制測(cè)量階段，GPS-RTK技術(shù)可以大大減少控制點(diǎn)的數(shù)目，直接得到外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)；碎部測(cè)量階段，又可以通過(guò)實(shí)時(shí)處理達(dá)到厘米級(jí)的定位精度，相比傳統(tǒng)的測(cè)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(jì)算土石

方量。測(cè)量過(guò)程中遇到地勢(shì)較低洼或起伏較大時(shí)，可用加密方格網(wǎng)間距的方式解決。后期設(shè)計(jì)平整坡度時(shí)，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(jì)算出平整后的高程。該方法有利于農(nóng)田灌溉，也會(huì)降低土地平整的工作量，加快工程進(jìn)度。

(4)地面數(shù)字測(cè)圖可以提供高精度的大比例尺地形圖。最常用的是“草圖+點(diǎn)號(hào)”法，這種方法在城鎮(zhèn)地形測(cè)量中非常實(shí)用。但是，農(nóng)田測(cè)區(qū)范圍大，地勢(shì)相對(duì)平坦，地物類(lèi)型單一，方向不易分辨，“草圖+點(diǎn)號(hào)”法使用起來(lái)很不方便。手機(jī)奧維互動(dòng)地圖在土地平整測(cè)量中有很多優(yōu)勢(shì)：不需要配備專(zhuān)門(mén)的領(lǐng)圖員，節(jié)約人員；可以直接保存每個(gè)地物點(diǎn)的位置，甚至不需要記錄點(diǎn)號(hào)；不同類(lèi)型的地物點(diǎn)用不同的圖標(biāo)表示，內(nèi)業(yè)畫(huà)圖時(shí)簡(jiǎn)單明了；測(cè)量員之間共享數(shù)據(jù)，既可單獨(dú)作業(yè)，又可合作測(cè)量；多個(gè)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(cè)區(qū)范圍不大，但是信號(hào)遮擋較為嚴(yán)重，需要在圖根控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，加密控制點(diǎn)供補(bǔ)充測(cè)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(cè)量，利用全站儀進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量，會(huì)取得比單純的GPS測(cè)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(cè)繪研究[J].測(cè)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(cè)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(cè)量應(yīng)注意的問(wèn)題[J].陜西煤炭，2009(2)：82-83.

[4] 任志剛.測(cè)量工作在土地整理類(lèi)項(xiàng)目中的應(yīng)用體會(huì)[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2012，35(2)：57-58.

[5] 丁祖?zhèn)?，李曉?土地整理項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)階段測(cè)繪要點(diǎn)分析[J].城市勘測(cè)，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(cè)量學(xué)與工程測(cè)量研究。

2016-09-18

S 26

A

0517-6611(2016)31-0238-04