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        基于GPS-RTK技術(shù)的數(shù)字地籍圖測繪應(yīng)用研究

        2022-08-14 12:26:08崔騰飛
        技術(shù)與市場 2022年8期
        關(guān)鍵詞:測繪測量

        崔騰飛

        (江蘇師范大學(xué)地理測繪與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

        0 引言

        傳統(tǒng)地籍測量技術(shù)不能保證測量效率和準(zhǔn)確度,GPS-RTK技術(shù)可以有效地解決地籍測繪問題[1]。GPS-RTK技術(shù)是一種基于載波相位觀測的實時動態(tài)定位技術(shù),可在三維定位中生成特定的坐標(biāo)系和實時測量點信息。GPS-RTK是GPS應(yīng)用中的一個重要里程碑,大大提高了測繪操作的效率和精度[2]。本文基于GPS-RTK技術(shù)進(jìn)行數(shù)字地籍圖測繪應(yīng)用研究。

        1 基于GPS-RTK技術(shù)的地籍圖測繪的基本原理

        使用GPS-RTK的地籍圖測量與傳統(tǒng)的測量方法基本相同,均是將控制點設(shè)置為測量點并測量信號數(shù)據(jù)。實時定位系統(tǒng)至少包括以下設(shè)備:①基站接收機(包括坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、存儲等硬件和軟件)。②流動站接收機。③傳輸信道,如GPRS或無線,用于數(shù)據(jù)傳輸。GPS-RTK系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程如圖1所示。

        圖1 GPS-RTK系統(tǒng)流程圖

        2 RTK衛(wèi)星定位測量方法的優(yōu)點

        1)RTK測量20 km范圍的水平定位誤差為±30 mm,地籍圖測量誤差限值為±50 mm,衛(wèi)星實時定位方法符合誤差限值標(biāo)準(zhǔn)。

        2)雖然RTK測量高度坐標(biāo)的測量誤差大于水平坐標(biāo),然而,地籍圖主要為平面坐標(biāo),因此實時定位測量方法可以滿足地籍圖測量的精度要求。

        3)河流、湖泊和沼澤的測量主要通過測量控制點的水深來進(jìn)行。在實際測量中,全站儀的使用廣泛,但誤差控制并不容易。RTK方法也可用于繪制水下地貌,并且選擇具有高滲透性水介質(zhì)的信號可以減少測量工作的時間限制,測量范圍較廣。

        4)如果測量點與基站之間沒有強干擾源,則RTK的測量距離可以延長,實時定位測量方法的誤差為cm級。根據(jù)實際測量經(jīng)驗,當(dāng)測量點與基站之間的距離小于10 km時,RTK定位誤差可以滿足大地測量精度要求[3]。

        3 GPS-RTK在地籍測量中的應(yīng)用實例

        3.1 研究區(qū)域概況

        吐格其村面積116 km2,人口1.9萬。研究區(qū)域概況見圖2所示。

        圖2 研究區(qū)域概況

        3.2 GPS-RTK在地籍測量中的技術(shù)要求

        為了確保GPS-RTK測量的正常運行,并提高GPS-RTK測量的準(zhǔn)確性,GPS-RTK測量應(yīng)滿足以下測量技術(shù)要求[4]。①在流動站初始化之后,觀察幾個已知點,在驗證正確性之后進(jìn)行RTK測量。②GPS-RTK測量工作應(yīng)在工作開始前按照規(guī)定進(jìn)行檢查,根據(jù)實際情況,調(diào)整現(xiàn)場測量時間,以避免雷暴和強風(fēng)等惡劣天氣的影響。③流動站與基站之間的距離一般小于10 km,特殊情況下可放寬至15 km。當(dāng)流動站運行時,天線應(yīng)盡可能垂直,并且禁止在移動站10 m范圍內(nèi)使用移動電話和收發(fā)器等通信設(shè)備。④在GPS-RTK測量過程中,如果基站改變儀器高度、天線位置,應(yīng)及時通知流動站,必須關(guān)閉流動站然后重置,并且應(yīng)檢測至少一個已知點坐標(biāo)。

        3.3 基于GPS-RTK技術(shù)的地籍圖測量外業(yè)實施

        本文選擇海達(dá)V 90 RTK,其測量精度水平方向為±1 cm,高度為±2 cm。在測量之前,無線電臺須遠(yuǎn)離道路中心,防止信號干擾源,以免影響RTK測量精度。

        3.3.1 基站的選定

        基站的位置對于RTK測量很重要。在選擇基站的位置時,不能選擇電波干擾強的地方,同時基站站點和數(shù)據(jù)鏈路站發(fā)射天線必須具有一定的高度。工作方法和步驟如下。①選擇合適的坐標(biāo)系:坐標(biāo)系的選擇與已知控制點的坐標(biāo)系匹配。②設(shè)置投影參數(shù)。X常數(shù)為0,Y常數(shù)為500 000,投影比為1。 ③關(guān)閉所有轉(zhuǎn)換參數(shù)。④將基站設(shè)置為不確定點:安裝基站后,將基站的GPS接收器與終端連接,進(jìn)行單點定位,獲取一點定位坐標(biāo)作為參考坐標(biāo)。⑤將基站設(shè)置為已知點:安裝基站后,將基站的GPS接收器連接到終端,選擇建立基站的已知點,以及基站的已知坐標(biāo),輸入設(shè)備和設(shè)備的高度,設(shè)置數(shù)據(jù)鏈接。

        3.3.2 流動站的設(shè)置

        流動站的數(shù)據(jù)鏈路的格式和檢查點消息與設(shè)置基站匹配,需要設(shè)置流動站的高度,然后進(jìn)行參數(shù)校正以進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。①如果基站位于未知點,則收集調(diào)查區(qū)域中2個或多個已知點的坐標(biāo)數(shù)據(jù),并且盡可能增加所選擇的已知點之間的距離。②如果基站位于已知位置,則可以基于已知位置直接輸入預(yù)先計算的參數(shù),并導(dǎo)航到已知位置以檢查參數(shù)準(zhǔn)確度。如果參數(shù)檢查沒有問題,可以進(jìn)行測量,并收集測量點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

        流動站和基站同時接收GPS定位信號。流動站通過無線電傳輸接收從基站發(fā)送的GPS定位校正信息,流動站接收衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)和基站數(shù)據(jù),并通過基站處理數(shù)據(jù)以進(jìn)行優(yōu)化,并將數(shù)據(jù)發(fā)送到終端。計算測量點的坐標(biāo)并檢查計算的準(zhǔn)確性是否滿足允許精度,如果測量數(shù)據(jù)的精度滿足要求,保存結(jié)果并開始下一個測量任務(wù)。

        在測量時,使用GPS-RTK測量中線上的地形特征點進(jìn)行放樣,橫截面積可以直接在GPS-RTK模式下測量,也可以使用GPS-RTK自由配置站點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在建筑物被遮擋的丘陵地區(qū),GPS-RTK信號經(jīng)常失鎖,變得不準(zhǔn)確,并對GPS-RTK測量曲線產(chǎn)生不利影響。此時,垂直截面的地形特征點可以通過將全站儀極坐標(biāo)方法與GPS-RTK組合來測量[5]。

        3.4 基于GPS-RTK技術(shù)的地籍圖測量內(nèi)業(yè)實施

        3.4.1 數(shù)據(jù)處理

        假設(shè)觀測點的二維真值為(X,Y),相應(yīng)的GPS靜態(tài)觀測值為(XJ,YJ),RTK測量值為(XR,YR),于是,RTK觀測的真誤差可表示為:

        (1)

        真誤差之差為:dX=ΔXJ-ΔXR,dY=ΔYJ-ΔYR。于是,由誤差傳播原理可得:

        (2)

        在下文中,著眼于推導(dǎo)RTK定位點的XR分量的精度,可以類似地確定YR方向上的分量。

        1)對真誤差之差dX定權(quán)。通過以上等式獲得權(quán)倒數(shù)傳播定律:

        (3)

        dX單位權(quán)中誤差:

        (4)

        dX均值中誤差:

        (5)

        式中:ΔX為第n條重復(fù)基線X坐標(biāo)測量閉合差值。

        (6)

        靜態(tài)觀測XJ坐標(biāo)均值中誤差:

        (7)

        (8)

        5)RTK觀測值XR單位權(quán)中誤差:

        (9)

        6)RTK觀測值XR坐標(biāo)中誤差:

        (10)

        同理可得:RTK觀測值YR坐標(biāo)中誤差:

        (11)

        基線下RTK定位的精度可靠性檢定時,與已知的高精度GPS靜態(tài)坐標(biāo)作為對比,推導(dǎo)便可得出RTK測量時的精度。

        采用上述介紹的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,于是有:

        μXR=7.53/404=0.018 6 m,μYR=8.16/404=0.020 2 m

        因此,RTK方法在準(zhǔn)確性方面滿足地籍確權(quán)要求,大大提高了效率,可以節(jié)省大量外業(yè)測量時間,減少工作量。

        3.4.2 地籍圖測量成果檢驗

        本文檢驗假為:H0:μ=μ0,H1:μ≠μ0,H0成立時,統(tǒng)計量滿足如下概率式:

        (12)

        說明接受H0,可以認(rèn)為測量數(shù)據(jù)是穩(wěn)定的,能夠確保測量精度。

        3.4.3 地籍圖繪制

        1)數(shù)據(jù)導(dǎo)入。CASS是一種基于AutoCAD平臺技術(shù)的數(shù)字測繪數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于地形圖測量、工程測量、房地產(chǎn)測繪、空間數(shù)據(jù)建設(shè)等領(lǐng)域。在每日的外業(yè)工作完成之后,要先將RTK手簿中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計算機中。

        2)繪制界址點和界址線。在連接界址點時需要將對象捕捉功能中的“端點”“中點”“節(jié)點”等功能選上,便于鼠標(biāo)的自動捕捉,方便準(zhǔn)確的連接界址點。在連接界址點起點到最后終點時,可以在CASS下面的對話框中輸入字母“C”并按回車,來完成界址線的閉合。

        閉合界址線之后彈出宗地基本屬性的對話框,輸入信息后點擊確定,用鼠標(biāo)點擊界址線的中心即可完成標(biāo)記。選擇右側(cè)菜單中的居民地中的“一般房屋”來繪制房屋,并給房屋標(biāo)注名稱。標(biāo)注房屋之后,選擇地籍菜單中的“修改地籍屬性”,確定其“宗地號”以及“權(quán)屬人”等基本信息,還可以加入其余詳細(xì)信息。

        4 結(jié)語

        本文研究了GPS-RTK技術(shù)在地籍測繪中的應(yīng)用,結(jié)合實例制定了GPS-RTK技術(shù)地籍圖測繪方案,測量數(shù)據(jù)404組,采用T檢驗法對測量結(jié)果進(jìn)行檢驗,結(jié)果表明,GPS-RTK測量結(jié)果穩(wěn)定,精度可靠;同時采用CASS繪圖軟件進(jìn)行地籍圖繪制。

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