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        結合BDS-RTK技術與全站儀的房產(chǎn)測量精度分析

        2020-07-27 10:53:50郭芳敏
        經(jīng)緯天地 2020年2期
        關鍵詞:全站儀利用測量

        郭芳敏

        (湖南省地球物理地球化學勘查院,湖南 長沙 410000)

        0.引言

        隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,城鄉(xiāng)一體化的快速推行,老房區(qū)以及農(nóng)村房子的拆遷,城鎮(zhèn)商品房的建設,這些涉及到住戶自身利益的事情,房產(chǎn)測量尤為重要,面對大量的房產(chǎn)測量任務,高精度高效率的房產(chǎn)測量則是必要的手段。房產(chǎn)測量主要是測定房產(chǎn)的邊界計算房屋的面積以及調(diào)查房產(chǎn)的使用現(xiàn)狀,為后續(xù)的房產(chǎn)產(chǎn)權、房籍管理、房地產(chǎn)開發(fā)利用、征收稅費及城鎮(zhèn)規(guī)劃建設提供測量數(shù)據(jù)和資料[1-3]。在進行房產(chǎn)測量時主要為了測定房產(chǎn)權屬界址點的坐標,然后通過CAD繪圖,繪制出房產(chǎn)的平面圖計算出房產(chǎn)的面積[4]。最傳統(tǒng)的房產(chǎn)測量方法是手工測量,利用卷尺、紙張以及筆等工具,在房產(chǎn)實地進行記錄描繪,結束外業(yè)測量之后再利用CAD 等成圖軟件進行繪圖計算,該方法測量精度低效率更低,操作繁瑣且需要作業(yè)人員有繪圖功底[5]。隨著全站儀的出現(xiàn),簡化了房產(chǎn)測量的部分工作量以及提高了測量精度,但是仍然需要2-3 人進行測量,且存在架站點與監(jiān)測點不通視的問題[6]。隨著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BDS)的不斷建設與完善,BDS-RTK 技術已經(jīng)被廣泛應用于我國各個領域,該方法解決了傳統(tǒng)房產(chǎn)測量中存在的不足,該技術不需要通視,一個人就可以完成整個房產(chǎn)的測量,且精度高效率高。國內(nèi)很多的房產(chǎn)測量都是利用GPS-RTK 技術進行的,其中劉思宇等[7]利用CORS 測量的實時、高精度、區(qū)域性覆蓋等優(yōu)點,將其應用在中山市地籍房產(chǎn)測量工程中,表明該方法相比于傳統(tǒng)方法具有明顯的優(yōu)勢性;丁喜華[8]利用GPS-RTK 技術進行了房產(chǎn)測量,分析了影響GPS-RTK 技術精準度的因素,并且提出了相應的改進措施;王巍[9]闡述了GPS 技術在房產(chǎn)測量的優(yōu)點,并且利用GPS 技術進行了實際的房產(chǎn)測量。

        本文針對以上房產(chǎn)測量技術方法的不足,并且結合我國自己的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng),利用BDS-RTK 技術對某房產(chǎn)進行測量,并且利用全站儀獲取少數(shù)檢查點進行抽樣檢查,為今后的房產(chǎn)測量提供了一種高精度高效率的測量方法。

        1.BDS-RTK 測量原理

        BDS 測量觀測值與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)一樣主要由偽距觀測值和載波相位觀測值組成,其中,偽距觀測值精度較低,而在高精度定位中采用載波相位觀測值,BDS-RTK 定位技術則是采用的載波相位觀測值。BDS-RTK 技術是一種實時動態(tài)定位技術,它主要由基準站和流動站組成,其中,基準點作為已知點,給流動站通過已知坐標信息,以便流動站可以精確獲取監(jiān)測點的坐標信息。其不受通視條件的影響,受環(huán)境影響較小,可以精確獲取三維坐標,是目前測量中最常用的監(jiān)測手段,北斗由于星座類型與GPS 不一致,因此北斗定位計算過程與GPS 存在一定的差異,主要體現(xiàn)在GEO 衛(wèi)星位置計算上,如式(1):

        式中:(XG,YG,ZG)表示GEO 位置;ω 表示地球自轉角速度;(x0,y0)表示衛(wèi)星的平面位置;i表示衛(wèi)星軌道傾角;L表示升交點精度。

        載波相位的基本觀測方程:

        在進行RTK 定位時一般采用載波雙差觀測值模型,雙差觀測模型是在站間單差的基礎上再進行星間求差的觀測模型,表示如式(5):

        式中,Φ 表示載波相位觀測值;A,B表示測站號;k,s表示衛(wèi)星號;ρ 表示站星間幾何距離;N表示整周模糊度;Δ 表示觀測噪聲。

        在確定RTK 觀測模型之后,接下來進行參數(shù)估計,參數(shù)估計采用卡爾曼濾波方法,參數(shù)估計方程如式(6)、式(7)[10]:

        式中,k為觀測歷元;Xk為n維狀態(tài)向量;Φk+1,k為n×n維狀態(tài)轉移矩陣;wk為動態(tài)噪聲;Qk為動態(tài)噪聲wk的協(xié)方差陣;Lk+1為觀測向量;Hk+1為系數(shù)矩陣;vk+1為觀測噪聲向量;Hk+1為觀測噪聲vk+1的協(xié)方差陣。

        通過卡爾曼濾波法得到參數(shù)之后,即得到了浮點解及協(xié)方差陣,而我們實際測量中需要的是固定解,因此進一步采用LMABDA 法解算雙差整周模糊度值得到固定解。

        通過卡爾曼濾波進行參數(shù)估計之后,利用LMABDA 算法進行模糊度固定,根據(jù)目標函數(shù)(8)求解出固定解(9)[13-15]。

        式中,X表示三維坐標固定解;表示三維坐標浮點解;QNN表示坐標參數(shù)和模糊度參數(shù)的協(xié)方差陣。

        2.房產(chǎn)測量實例分析

        北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主設計建設的導航系統(tǒng),根據(jù)北斗衛(wèi)星三步的發(fā)展戰(zhàn)略,2000 年底完成了北斗一號的建設,2012 年底完成了北斗二號的建設,目前已經(jīng)完成了北斗三號核心衛(wèi)星的發(fā)射,隨著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的不斷完善,北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)將將逐漸取代GPS 在我國各個領域的應用。為了順應我國北斗系統(tǒng)建設的號召以及驗證當前北斗系統(tǒng)的定位精度,本文利用BDS 定位技術對國內(nèi)某處房產(chǎn)進行測量,并且以全站儀測量點坐標為檢查點。

        由于工作接收機的限制,接收機只能接收到北斗二號衛(wèi)星播發(fā)的數(shù)據(jù),因此本次房產(chǎn)測量利用北斗二號衛(wèi)星RTK 技術進行測量。本文采用的房產(chǎn)測量實例是一處老區(qū)改造的項目,改造老區(qū)面積為10584 平方米,共有RTK 測量點數(shù)為524 個,在利用BDS-RTK 技術測量時,自己架設基準站,完成所有房產(chǎn)測量共花費6 個小時。北斗衛(wèi)星可見情況以及北斗衛(wèi)星空間結構分布狀態(tài)是影響北斗定位精度的主要因素之一,其中衛(wèi)星可見數(shù)是指在利用BDS-RTK 技術進行房產(chǎn)測量過程中,所接收到的北斗衛(wèi)星發(fā)射信號的顆數(shù),一般接收到4 顆北斗衛(wèi)星才能滿足定位要求;而本文所指的衛(wèi)星空間結構分布狀態(tài)是指PDOP 值,是指衛(wèi)星空間平面位置分布結構,衛(wèi)星可見數(shù)越多定位精度越高,PDOP 值越小,定位精度越高。因此在分析BDS-RTK在房產(chǎn)測量中的定位精度前,首先分析房產(chǎn)測量時基準站北斗衛(wèi)星可見情況與空間分布情況。

        圖1 北斗衛(wèi)星可用性

        圖2 北斗衛(wèi)星天空軌跡

        圖3 北斗衛(wèi)星可見數(shù)

        圖4 北斗PDOP值

        (如圖1 所示)在此次房產(chǎn)測量時段內(nèi),共有8 顆北斗二號衛(wèi)星可用,并且保證在整個測量時段內(nèi)有4顆北斗衛(wèi)星可用;(如圖2 所示)北斗二號衛(wèi)星在空中分布密集,主要覆蓋在亞太地區(qū)上空;(如圖3 所示)在測量時段內(nèi)北斗衛(wèi)星可見數(shù)主要在5-6 顆,個別觀測時刻北斗衛(wèi)星可見數(shù)為4 顆;(如圖4 所示),觀測時段內(nèi)北斗PDOP 值優(yōu)于5,個別時刻北斗PDOP 值大于5,北斗空間分布結構較差。

        為了檢驗BDS-RTK 的測量精度,抽要測量點中的30 個進行監(jiān)測,監(jiān)測點的對比坐標由全站儀獲取,具體情況(如表1 所示):

        表1 精度檢驗表

        一共抽取30 個測量點進行檢測,可以看出最大誤差為0.0785 m,根據(jù)計算出來誤差以及方差,進一步計算平面中誤差,可以得到平面中誤差為0.036m,規(guī)范規(guī)定取倍的中誤差作為粗差,即粗差為0.102,通過對比每個檢查點的誤差可以發(fā)現(xiàn),所有檢查點的誤差都在粗差之內(nèi),因此此次測量的合格率為100%。

        3.結論

        為驗證當前BDS-RTK 技術在基礎民生建設項目中的可行性與可靠性,本文利用BDS-RTK 技術對國內(nèi)某房產(chǎn)進行測量,并且隨機抽取BDS-RTK 測量點進行精度檢驗,以全站儀測量坐標為檢驗標準,得出以下結論:

        (1)在進行房產(chǎn)測量時,北斗衛(wèi)星可見數(shù)能滿足北斗最低定位衛(wèi)星數(shù),北斗衛(wèi)星空間分布結構較優(yōu)。

        (2)BDS-RTK 技術在進行房產(chǎn)測量時,精度高、效率高,節(jié)省了大量的人力物力,保證了測量任務按時完成。結合BDS-RTK 技術與全站儀對房產(chǎn)進行測量,保證了測量精度,保證了測量結果存在最小的誤差,保證了住戶的基本利益。

        (3)隨著北斗系統(tǒng)的完善,在今后的房產(chǎn)測量中,BDS-RTK 技術將是應用最廣泛的測量技術,是保證房地產(chǎn)建設有序開展的基礎。

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