GPS―RTK与全站仪相配合在宣城市地籍测量中的应用
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【摘 要】本文结合宣城市城区地籍测绘及宣城市宣州区农村集体土地所有权、集体建设用地使用权和农民宅基地使用权确权和土地登记发证过程中gps-rtk 定位技术和全站仪相配合使用在地籍测量中的应用实践，探讨两者的优化组合能够快速、准确和高效地完成测量任务，取得良好的经济效益和社会效益。
【关键词】地籍测量；全站仪；GPS RTK
1 引言
2000年宣城市城区地籍测量是采用全站仪、水准仪等常规仪器进行，工作进度慢、效率低，且得花费大量的人力物力，2010年宣城市城区地籍测绘及宣城市宣州区农村集体土地所有权、集体建设用地使用权和农民宅基地使用权确权和土地登记发证中地籍测量时，GPS测绘定位技术在地籍测量中的应用，大大地提高了地籍测量人员的工作效率，并灵活配置全站仪和GPS-RTK定位仪的组合，大大提高了野外测量效率，完成了大量数字地籍图的数据采集工作。
2 GPS-RTK和全站仪测量技术和测量工作原理
2.1 GPS-RTK测量技术
2.1.1 基本原理
RTK？技术采用差分？GPS？三类（位置差分、伪距差分和相位差分）中的相位差分。这三类差分方式都是由基准站发送改正数，由流动站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果，所不同的是发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。RTK？的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于流动站上，基准站和流动站同时接收同一时间相同？GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传递给流动站以精化其？GPS观测值，得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。
2.1.2 系统组成
GPS-？RTK？技术系统配置包括以下三部分：基准站接收机、移动站接收机、数据链。
2.1.3 RTK？的测量方法
RTK的地籍测量方法主要有两种：无投影/无转换法和键入参数法。无投影/无转换法是直接用接收机在基准站和流动站接收WGS-84坐标，其后利用观测的已知点的WGS-84坐标和相应的地方坐标根据一定的数学模型进行转换。
2.2 全站仪技术
2.2.1 全站仪的基本原理
全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。
2.2.2 全站仪的特点
同电子经纬仪、光学经纬仪相比，全站仪增加了许多特殊部件，因此而使得全站仪具有比其它测角、测距仪器更多的功能，使用也更方便。这些特殊部件构成了全站仪在结构方面独树一帜的特点。
3 两种测量仪器在宣城市城区地籍测量的实际应用
宣城市城市建设近几年发展很快，新修及在建城市干道发达，郊区及开发区在建项目施工区较多；老城区重新规划，拆迁区较多；昭亭北路以西和开发区以西的区域地形起伏较大且林地居多，通视条件很差，地籍测量难度较大。测区范围包含老城区14.89平方公里、老城区54.61平方公里，权属关系复杂，用地种类较多，宗地数目多，权属界址点数量大，采用常规测量手段施测十分困难，很难在短时间内完成所有宗地的权属界址点测量工作，以满足宗地权属单位对地籍测量工作的要求。采用GPS-RTK和全站仪测量技术作为本测区宗地权属界址点坐标的实测技术手段，在充分调研论证并通过试验检测认证的基础上全面实施，取得了比较好的效果。
3.1 地籍测绘其作业过程如下：
（1）测区实地踏勘，制定工作计划，确定实施方案；
（2）根据已有资料和有关政策法规、技术规程编写技术设计书；
（3）对作业人员进行全面的业务培训；
（4）建立E级、一级GPS控制网和四等水准控制网；
（5）图根控制测量；
（6）权属调查；
（7）地籍地形图修补测和全野外地籍测绘工作；
（8）整理各种图件、报表等资料并打印装订，形成最终合格成果。
选取精度高、可靠性好的城市基本控制网点作为RTK测量的工作基准
3.2 E级和一级GPS网控制测量
（1）E级GPS网控制面积约110km2，包括两部分：第一部分是2006年施测完成的，布设16个点位，联测8个1999年地籍控制测量中保留下来的E级GPS点位，同时联测3个D级GPS点作为平面起算点；第二部分是2008年施测完成的，布设13个点位。2008年控制网是在2006年GPS控制网基础上向延伸的，两期数据合并于同一个工程文件进行数据处理，得出最终成果。
2006年外业观测采用美国Ashtech公司生产的3台Z-Surveyor双频接收机和一台Locus单频接收机按静态法施测，以边连接方式构网，共施测15个同步时段；2008年外业观测采用广州市中海达测绘仪器有限公司生产的4台HD-8200G型GPS接收机按静态法施测，以边连接方式构网，共施测15个同步时段。
数据处理采用美国Ashtech公司的随机软件Ashtech Solutions 2.6进行。
两次所采用的仪器标称精度如下：
Ashtech仪器标称精度：平面为±（5mm+1ppm×D），高程为±（10mm+1ppm×D）；
中海达仪器标称精度： 平面为±（5mm+1ppm×D），高程为±（10mm+1ppm×D）。
E级GPS控制测量外业所达到的基本技术指标见下表（下页）：
此外，在网中选取21个具有四等水准高程成果的点位进行高程拟合，求得E级GPS点的拟合高程。三维约束平差后，最弱点（E064）点位中误差为±0.78cm。最弱边（E055―E057）相对精度为1/157701，边长为630.807米。
可见控制网的精度满足《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T 18314―2001）的要求。
（2）一级GPS网控制面积约70km2，包括两部分：第一部分是2006年施测完成的，布设228个点位，联测61个2000年地籍控制测量中用全站仪施测的一、二级导线点点位和同期的10个E级GPS点作为平面起算点；第二部分是2008年新施测的，布设147个点位（包括国土局提供4个点位），联测8个同期的E级GPS点作为平面起算点。2008年控制网是在2006年GPS控制网基础上向延伸的，两期数据合并于同一个工程文件进行数据处理，得出最终成果。
2006年外业观测采用美国Ashtech公司生产的3台Z-Surveyor双频接收机和一台Locus单频接收机按静态法施测，以边连接方式构网，共施测143个同步时段；2008年外业观测采用广州市中海达测绘仪器有限公司生产的4台HD-8200G型GPS接收机按静态法施测，以边连接方式构网，共施测93个同步时段。
数据处理采用美国Ashtech公司的随机软件Ashtech Solutions 2.6进行。
两次所采用的仪器标称精度如下：
Ashtech仪器标称精度：平面为±（5mm+1ppm×D），高程为±（10mm+1ppm×D）；
中海达仪器标称精度： 平面为±（5mm+1ppm×D），高程为±（10mm+1ppm×D）。
一级GPS控制测量外业所达到的基本技术指标见下表：
一级GPS网联测的18个E级GPS平面起算点均匀分布于网内，点位均保存完好且不影响GPS信号的接收。此外，在网中选取了43个具有四等水准高程成果的点位进行高程拟合，以求得一级GPS点的拟合高程。三维约束平差后，最弱点（I360）点位中误差为±0.72cm。最弱边（B310―I556）相对精度为1/24355，边长为121.775米。
可见控制网的精度满足《全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ 73―97）的要求。
3.3 全站仪图根导线测量及图根GPS-RTK控制测量
3.3.1 全站仪图根导线测量
图根导线的观测数据采用PC-E500计算机配以相应的记录程序进行现场记录，在记录的同时进行各项指标的检验，如有超差项，则程序提示超限并要求重测，保证了数据的准确性、可靠性和完整性。观测结束后，将观测数据通讯至计算机进行检查整理，形成图根导线观测记录手簿。图根导线外业观测的各项技术指标均满足相关规程的要求。
3.3.2 图根GPS-RTK控制测量
开发区以及规划区部分图根控制点坐标采用GPS-RTK技术测定。采用阿什泰克公司生产的Z-XTREME型双频接收机，按照1+1模式作业。在已知点上采用三角架和光学对点器安置基站，流动站采用支架安置。接收机参数设置、外业观测记录采用阿什泰克公司的电子手簿进行控制。
在E级GPS或一级GPS控制点上架设基站，选取本基站作业区内分布均匀的E级GPS或一级GPS点（平高点数量不少于4个）进行控制点联测。求得本基站观测的坐标转换参数，进行投影转换。
为保证图根点的测定精度，对每个图根点均进行两次测定，两次结果平面较差不大于3cm、高程较差不大于5cm，取其中数作为最终结果，超过限差时则需要进行第三次测定，直至符合要求。
图根GPS-RTK控制测量共测定图根点2855个，两次结果平面较差最大为2.9cm，最小为0.0cm，高程较差最大为4.0cm，最小为0.0cm。
可以看出， 图根GPS-RTK控制测量实测精度完全符合导线测量精度要求，而且误差分布均匀，不存在误差积累问题。采用GPSRTK测量技术施测界址点坐标，将GPS-RTK获得的数据处理后直接录入计算机，可及时地精确地获得界址点图形信息，准确地制作宗地图、地籍图，计算宗地面积等。
4 两种测量仪器中实际应用优劣性的对比和精度分析
全站仪、CASS7.0软件测绘数字地籍图，周期相应缩短， 生产效率高， 成果精度稳定可靠， 但投入人力物力较多、仪器昂贵、耗时较长，较适合大型工程、城市地籍测绘高精度要求的测绘工作等，但不适合于承担全部农村地籍测绘工作。
GPS-RTK技术测量时根据地籍测量的要求.需要采集两类数据：一是地块的地理坐标数据：二是属性数据如权属、利用类型等。每测一个地物，同时填写野外记录表。其优点如下：
（1）减少人力费用。
（2）定位精度高，测站间无需通视，在没有现成基准控制点的遥远地区能进行高精度的定位计算，且定位不受人眼视线的限制。
（3）控制网几何图形已不是决定测量精度的重要因素，点与点之间的距离长短可以根据实际的需要自由布设。
（4）操作简便，容易使用。随着GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，体积越来越小，重量越来越轻。
（5）精确地3维系统，24小时免费使用，全天候作业。
（6）由于GPS接收机的自动化程度高，操作非常方便，因而减低了野外测量人员的劳动强度，提高了工作效率。
（7）因控制点之间无通视的要求，顾客省去大量建造标志的费用，同时野外实测时间短，人员少，大大降低了测量成本。
（8）精度高，使用大地测量型双频GPS接收机，根据载波相位测量原理进行静态相对定位，目前达到的典型精度为1ppm。
（9） 能在同一坐标系统中提供三维信息，GPS定位是在国际统一的坐标系中计算的，因此不同地点的测量成果相互关联，可实现数据共享。
不过GPS-RTK测量也有一定的局限。在建构筑物密集的地域由于卫星信号被遮挡.接收机接收不到足够的卫星数量而无法正常工作。
从精度上分析，由于RTK测量不存在误差积累问题，从大量的实测数据分析其测点精度基本可满足图根控制和碎部测量的要求，经用全站仪对RTK所测的部分碎部测量点进行检核，它们的坐标和高程之差均在2～3cm，基本没有超过5cm，可见用RTK所测结果是可信的，但在使用RTK测量过程中应与周围的所测相邻点注意校核。
从效率上考虑，RTK测量时只需较少的控制点，利用RTK进行心界址点测量可以提高外业测量效率、减少现场成本开支。从本工程效果看，在各组相互配合、人员调配、工作效率上都取得了很好的功效，大大减轻了地籍图测量任务的劳动强度。
5 结论
地籍控制测量具有范围大、控制点密度高等特点。GPS-RTK技术测量方法进行地籍基本控制网布与加密控制网的布测能达到地籍控制测量的精度要求，是可行的。在实际地籍测量时协调使用RTK和全站仪，可以解决实际问题，提高工作效率，降低生产成本。
参考文献：
[1]徐绍铨.GPS测量原理及应用.武汉测绘科技大学出版社.
[2]GPS-RTK测量技术规程. 2009.
[3]詹长根.地籍测量学.武汉大学出版社.
[4]刘锋，张立峰.？GPSRTK在地籍测量中的应用[J].工程技术，2012 （02）.