利用GPS（RTK)进行界址点测量及精度分析

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利用GPS（RTK)进行界址点测量及其精度分析0引言由于RTK技术受外界条件的影响和限制较小,定位精度高、效率快、不要求点位相互通视、自动化程度高、误差积累小、测绘成果统一、操作简单、全天候等优点故而被应用于大地测量、地形测量、地籍测量、航空摄影测量、GIS、设备控制、变形监测、精准农业、水上测量、环境应用等领域使测量工作变得更轻松。由于用RTK技术进行外业勘测,可以随时测量任意点的3维坐标，彻底摆脱后处理地负担,提高了效率,尤其在深山峡谷,用传统的测量方法难以进行的地区,更显示其实时、快速、操作简单等优点所以GPS－RTK是实时快速动态定位且目前精度最好的差分测量技术。在界址点测量中也常常使用GPS－RTK，所以本文针对RTK在界址点测量中的应用进行分析，探讨影响RTK在界址点测量精度的因素，并结合实例分析提高RTK界址点测量精度的方法。1GPS－RTK技术1.1RTK的基本原理RTK（RealTimeKinematic)定位是将一台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行观测,将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上,再通过基准站电台发射出去;在RTK作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。而与此同时流动站则接收来自基准站的数据,并采集GPS观测数据,流动站的GPS接收机再利用OTF（运动中求解整周模糊度）等技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度,最后求出流动站的位置。基准站和流动站必须保持4颗以上相同卫星相位的跟踪和必要的几何图形,流动站则随时给出厘米级定位精度。其流程，如图1.1所示第14页(共14页)

1基准站基准站信号发射天线RTK天线传感器控制器调制解调器移动站基准站信号接收天线显示坐标成果RTK天线传感器控制器调制解调器图2.1RTK工作原理图1.1RTK定位基本流程RTK系统正常工作要具备以下三个条件：第一，基准站和移动站同时接收到5颗以上GPS卫星信号；第二，基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发出的差分信号；第三，基准站和移动站要连续接收GPS卫星信号和基准站发出的差分信号。即移动站迁站过程中不能关机，不能失锁，否则RTK须重新初始化。1.2RTK的技术特点（1）工作效率高：在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数，移动站一人操作即可，劳动强度低，作业速度快，提高了工作效率。（2）定位精度高：只要满足RTK的基木工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4km）RTK的平而精度和高程精度都能达到厘米级。（3）全天候作业：RTK测量不要求基准站、移动站间光学通视第14页(共14页)

2，只要求满足“电磁波通视”，因此和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要满足RTK的基木工作条件，它也能进行快速的高精度定位，使测量工作变得史容易史轻松。（4）RTK测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强：RTK可进行多种测量内、外业工作。移动站利用软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。（5）操作简单，易于使用：现在的仪器一般都提供中文菜单，只要在设站时进行简单的设置，就可方便地获得二维坐标。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便地与计算机、其他测量仪器通信。1.3RTK的作业过程（1）启动基准站将基准站架设在上空开阔、没有强电磁干扰、多路径误差影响小的控制点上，正确连接好各仪器电缆，打开各仪器。将基准站设置为动态测量模式。（2）建立新工程，定义坐标系统新建一个工程，即新建一个文件夹，并在这个文件夹里设置好测量参数[如椭球参数、投影参数等]。这个文件夹中包括许多小文件，它们分别是测量的成果文件和各种参数设置文件，如*.dat、*.cot、*.rtk、*.ini等。（3）点校正CPS测量的为WCS-84系坐标，而我们通常需要的是在流动站上实时显示国家坐标系或地力独立坐标系下的坐标，这需要进行坐标系之间的转换，即点校正。点校正可以通过两种方式进行。在已知转换参数的情况下。如果有当地坐标系统与WCS-84坐标系统的转换七参数，则可以在测量控制器中直接输入，建立坐标转换关系。如果上作是在国家大地坐标系统下进行，而且知道椭球参数和投影方式以及基准点坐标，则可以直接定义坐标系统，建议在RTK测量中最好加入1-2个点校正，避免投影变形过大，提高数据可靠性。第14页(共14页)

3在不知道转换参数的情况下。如果在局域坐标系统中工作或任何坐标系统进行测量和放样工作，可以直接采用点校正方式建立坐标转换方式，平面至少3个点，如果进行高程拟合则至少要有4个水准点参与点校正。（4）流动站开始测量单点测量：在主菜单上选择“测量”图标打开，测量方式选择“RTK”,再选择“测量点”选项，即可进行单点测量。注意要在“固定解”状态下，才开始测量。单点测量观测时间的长短与跟踪的卫星数量、卫星图形精度、观测精度要求等有关。当“存储”功能键出现时，若满足要求则按“存储”键保存观测值，否则按“取消”放弃观测。放样测量：在进行放样之前，根据需要“键入”放样的点、直线、曲线、DTM道路等各项放样数据。当初始化完成后，在主菜单上选择“测量”图标打开，测量方式选择“RTK”,再选择“放样”选项，即可进行放样测量作业。在作业时，在手薄控制器上显示箭头及目前位置到放样点的方位和水平距离，观测值只需根据箭头的指示放样。当流动站距离放样点就距离小于设定值时，手薄上显示同心圆和十字丝分别表示放样点位置和天线中心位置。当流动站天线整平后，十字丝与同心圆圆心重合时，这时可以按“测量”键对该放样点进行实测，并保存观测值。1.4RTK的误差来源和测量精度RTK定位的误差，一般分为两类:同仪器和干扰有关的误差。同仪器和干扰有关的误差:包括天线相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素；同距离有关的误差:包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。对固定基准站而言，同仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱，同距离有关的误差将随移动站至基准站的距离的增加而加大，所以RTK的有效作业半径是有限制的（一般为几公里）。同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。但是其残余部分也随着移动站至基准站距离的增加而加大。(1)同仪器和干扰有关的误差天线相位中心变化：天线的机械中心和电子相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到3-5cm。因此，若要提高RTK测量的定位精度，必须进行天线检验校正。第14页(共14页)

4多路径误差：影响RTK作业的主要误差源实际上是多路径误差。多路径误差是由测站周围多路径反射面信号传播与卫星GPS信号干涉时时延效应造成的误差。例如基准站或流动站附近大面积水面、高层建筑物反射、山谷、盆地中甚至无线电台站附近等都会成为多路径误差源。通常在CPS大地测量当中，多路径误差所造成的后果比想象的小。这是由于多路径信号规则的波动，连同GPS大地测量的长积分时间，把多路径误差减少到了可以忽视的程度。当进行长时间观测时，卫星星座几何分布有充分变化，可以通过平滑将多路径效应降低。有数据表明，测站上观测30分钟，通常可以使多路径误差小到亚mm级；观测10分钟，即使在困难条件下，一般也足以保持lmm的质量。但是在快速静态（Rapidstatic)和动态GPS（RTK)定位中，要求在有环境反射下得出短期解，因此最易受到多路径延迟的影响。也就是说，在短距离双差GPS观测中，如RTK测量，多路径延迟误差成为主要的误差源。信号干扰：信号干扰可能有多种原因，如无线电发射源、雷达装置、高压线等，干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。为了削弱电磁波幅射副作用，必须在选点时远离这些干扰源，离无线电发射台应超过200米，离高压线应超过50米。气象因素：快速运动中的气象峰面，可能导致观测坐标的变化达到1-2dm。因此，在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。(2)同距离有关的误差轨道误差：目前轨道误差只有几米，其残余的相对误差影响约为1×10，就短基线(

55cm以内)，大于4km时测量误差明显增大。另外作业时接收到的卫星数目越少，RTK测量结果误差越大，但只要能接收到5颗以上卫星，得出的固定解就能达到仪器标称精度。2界址点及其精度要求2.1界址点土地权属界址包括界址线、界址点和界址标。所谓土地权属界址线是指相邻宗地的边界线。有的界址线与明显地物重合，如以围墙、墙壁、道路、沟渠等。界址点是指界址线或边界线的空间或属性的转折点。界址点是指宗地权属界线的转折点，即拐点，它是标定宗地权属界线的重要标志。一块土地周围的界址点确定了，则其位置、形状、面积和权属界线也就确定了。在进行宗地权属调查时，界址点应由宗地相邻双方指界人在现场共同认定。确认的界址点上要设置界标，进行编号，并精确测定其位置，以防止日后界标被破坏时，能用测量方法准确地在实地恢复权属界址。2.2界址点精度界址点坐标的精度，可根据测区土地经济价值和界址点的重要程度来加以选择。在我国，考虑到地域之广大和经济发展不平衡，对界址点精度的要求也应有不同的等级。具体规定见下表2.1。表2.1《地籍测量规范》中对界址点的规定档次界址点相对于邻近控制点的点位中误差/m适用范围A1±0.05大、中城市的的繁华地区街道外（街坊）内的明显界址点A2±0.10中、小城市（城镇）一般地区或大型工矿区、新型住宅区。街道（街坊）内部的隐蔽界址点。A3±0.25其他地区A4±0.50农村地区3利用GPS-RTK进行界址点测量3.1界址点测量工程实例第14页(共14页)

63.1.1界址点的确定界址点的确定：一般是在进行权属调查时进行的。地籍调查表中详细说明了宗地界址点实地位置的情况，并丈量了界址点的边长，草编了宗地号，详细地绘有宗地草图。这些资料都是进行界址点测量所必需的。3.1.2界址点测量界址点位置野外踏勘：踏勘时应有参加地籍调查的工作人员引导，实地查找界址点位置，了解各宗地的用地范围，并在蓝图上（最好是现势性强的大比例尺图件）用红笔清晰地标记出界址点的位置和宗地的用地范围。如无参考图件，则要详细画好踏勘草图，对于面积较小的宗地，最好能在一张纸上连续画上若干个相邻宗地的用地情况，并充分注意界址点的公用情况。对于面积较大的宗地要认真地注记好四至关系和功用界址点的情况。在画好的草图上标记权属主的姓名和草编宗地号。在未定界限附近则可选择若干固定的地物点或埋设参考标志。测定时按界址点坐标的精度要求测定这些点的坐标值，待权属界限确定后，可据此来补测确认后的界址点坐标。这些辅助点也要在草图上标注。踏勘后的资料整理：这里主要是指草编界址点号和制作界址点观测及计算草图。进行地籍调查时一般不知道各地籍调查区内的界址点数量，只知道每宗地有多少界址点，其界址点编号只在本宗地进行。因此，在地籍调查区内统一编制野外界址点观测草图，并统一编上草编界址点号，在草图上注记出与地籍调查表中相一致量边长及草编宗地号和权属主姓名。详细情况见表3.1和表3.2。表3.1权属调查表第14页(共14页)

7土地使用者名称南阳市社旗县狮子庄村性质全民上级主管部门河南省南阳市土地坐落法人代表或户主代理人姓名身份证号姓名身份证号电话号码土地权属性质国有土地使用权预编地籍号地籍号所在图幅号宗地四至详件见宗地草图批准用途实际用途使用期限村有村委会共有使用权情况说明表3.2界址点标示表界址标示界址点号界标种类界址间距（米）界址线类别界址线位置钢钉水泥柱石灰柱喷油漆路牙墙壁围墙内中外1√5.52√√续表：表3.2界址点标示表2√5.5√√3√95.89√√4√4.26√√第14页(共14页)

85√3.78√√6√67.48√√7√4.1√√8√3.9√√9√95.75√√10√5.45√√11√5.27√√12√64.21√√界址线邻宗地本宗地起点号终点号地籍号指界人签章指界人签章日期12胡前超25/223胡前超25/234胡前超25/245胡前超25/256胡前超25/267胡前超25/278胡前超25/289胡前超25/2910胡前超25/21011胡前超25/21112胡前超25/2121胡前超25/2界址调查员姓名冯连友3.1.3宗地图的绘制（1）用RTK测量界址的过程与上述作业流程操作相同，在这里不再赘述，坐标如表3.3。表3.3界址点坐标表界址点号XY第14页(共14页)

9(m)(m)13653162.731543063.18123653158.769543059.37733653153.016543059.52943653066.457543099.96853653063.783543103.24263653063.678543107.02873653092.270543168.09083653095.246543170.85793653099.149543171.149103653186.097543131.051113653189.756543126.918123653189.836543121.674（2）宗地图的测制宗地图是描述宗地位置、界址点线和相邻宗地关系的实地记录。它是在地籍测绘工作的后阶段，当对界址点坐标进行核对后，确认准确无误，并且在其他的地籍资料也正确收集完毕的情况下，依照一定的比例尺制作的反映宗地实际位置的和有关情况的一种图件。日常地籍工作中，一般逐宗实测绘制宗地图。图3.4为南阳市社旗县狮子庄村宗地样图。第14页(共14页)

10图3.4狮子庄宗地图第14页(共14页)

113.2精度分析对于界址点的测量结果我们采用同样方法，用全站仪对界址点进行检验测量，并将全站仪的测量结果近似的看作界址点的真值进行精度分析，详细数据见表3.5。表3.5两种仪器测量界址点的比较表界址点号X（m）Y（m）X`（m）Y`（m）△X（cm）△Y（cm）点位误差（cm）全站仪测量RTK测量13653162.767543063.4293653162.751543063.4111.61.82.423653158.776543059.6093653158.769543059.5770.73.23.333653153.284543059.3083653153.266543059.3191.8-1.12.143653066.431543099.9533653066.457543099.968-2.6-1.53.053653063.692543103.2133653063.683543103.2420.9-2.93.063653063.662543106.9943653063.678543107.028-1.6-3.43.873653092.253543168.1173653092.270543168.09-1.72.73.283653095.285543170.8733653095.266543170.8571.91.62.593653099.174543171.1303653099.159543171.1491.5-1.92.4103653186.120543131.0273653186.127543131.051-0.7-2.42.5113653189.725543126.9393653189.746543126.918-2.12.13.0123653189.819543121.6653653189.836543121.674-1.7-0.91.9我们根据上述结果得出如下结论：(1)RTK测量结果与全站仪测量结果互差均在厘米级，其中互差最大为3.8cm,最小为1.9cm。(2)若以全站仪测定的点位坐标为准，RTK放样点点位误差均在±5cm以内，RTK放样点点位相对于全站仪测定点计算，结果为2.8cm。第14页(共14页)

12(3)对于界址点的误差来源，我们可以根据界址点的测量环境进行分析，由于界址点多存在于居民地之中，这里道路紧密，地形复杂，所以界址点附近存在有RTK的干扰源（如高压线、变压器、无线电发射源、高大建筑物等）。(4)对于靠近RTK天线无法靠近的点(例如与墙角、墙壁以及与建筑物重合的界址点等)。此时，天线的对中误差就将成为RTK测量界址点的最主要误差，这时，应采取其他测量手段对界址点进行测量，如改用全站仪。(5)由于我们在进行地籍调查时，确定了界址点，并用钢尺对相邻界址点的边长进行测量，为了保障界址点的精度，我们将测量的相邻坐标进行边长反算，与钢尺的测量结果比较，对于误差超过5cm的边，界址点要重新测量，直到达到要求。4结论及建议RTK技术是GPS技术发展到目前阶段的最新技术，由十它有着精度高、速度快、不需要通视等优点，己经迅速进入测量中的众多领域。应用RTK进行地籍测量，有着其它方法不可比拟的优势。在城镇地籍测量中，抛开对RTK测量的干扰因素，RTK测量的速度将比全站仪的方法要快许多。研究证明，对于大范围的地籍测量，GPS方法比常规方法更廉价和可行，生产效率将成倍提高。与采取全站仪相比，采用RTK技术在地籍界址点测量中也具有非常突出的优势:（1）采点速度快，由于RTK无须通视不受光学通视的限制，减少做控制和换站的工作量，所以采点速度快。（2）实现单人操作，节省劳动力。在保证基准站安全的前提下，每台流动站只需要一人。针对RTK在实际界址点测量中的短板，可以采取一定的措施进行弥补。如采取全站仪RTK联合作用作业的方法，可以尽量避免信号不好，障碍物较多对RTK界址点测量造成的影响，降低对中杆的高度可使节制点测量更加精确，增加天线高和将基站架设在较高的地方，都能提高RTK界址点测量的精度。GPS-RTK技术己经在测量和工程界产生了重大变革，带来了空前的高效率。随着RTK价格的降低，它将会被测量部门所普及，随着RTK的广泛使用，它将使GPS的应用领域获得极大地扩展，从根本上提高测量的质量和作业效率。第14页(共14页)

13参考文献[1]李引生，周朝义，王海滨.GPSRTK定位的几项关键技术问题分析[J].勘察科学技术，2005,2(2)：22-23.[2]徐绍铨，张华海，杨志强等.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2003:17-19.[3]李永胜.GPS-RTK简介及在公路测量中的应用[J].北京测绘，2005，1(5):16-19.[4]詹长根.地籍测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2001:13-15.[5]杨文府，崔玉柱.GPS_RTK的技术方法探讨与对策[J].测绘工程，2008，12（8）：1-7.[6]李长春，李爱国.RTK在地籍测量中用于图根控制的研究[J].焦作工学院学报，2004,5(3):1-8.[7]汪胜国.地籍测量中的RTK技术和其他技术[J].岩土工程技术，2004,4(10):1-5.BoundaryPointSurveywithGPS(RTK)andItsPrecisionAnalysisAbstract：ThepresentpaperismainlyintroducedGPS(RTK)thebasicprinciple,thesystemcomposition,thetechnicalcharacteristic,theerrorsourceandtheapplicationmethodandthesequenceofoperation,andcarryonalofting,thecurveloftingaswellasusingGPS(RTK)intheprojectsurveycarryontheboundarypointsurveyinthecadastration,carriesontheprecisionanalysistothemeasurementresult.Throughtotheloftingandtheboundarypointprecisionanalysis,hasobtainedtheGPS(RTK)measuringaccuracyismayachievetheprojectloftingandtheboundarypointsurveyprecisionrequestconclusion,andexplainedthroughtheprojectexampleGPS(RTK)hastheworkingefficiencyhigh,thepointingaccuracyhigh,theall-weatherwork,data-handlingcapacitystrongandtheoperationsimpleeasytouseandsoonthecharacteristics.ElaboratedusthroughthisarticletounderstandhowusedGPS(RTK)tocarryontheprojectloftingandtheboundarypointsurvey,andwasGPS(RTK)hascarriedontheproofintheprojectloftingandtheboundarypointsurveyfeasibility,hasdevelopedGPS(RTK)inthesurveydomainapplicationscope,strengthenedhasusedGPS(RTK)theactualoperationability,willundertakethemoresurveyingworkforlatertolaythefoundation.Keywords：GPS(RTK)；cadastration；boundarypoint；boundarypointsurvey；accuracyanalysis第14页(共14页)