GPS-RTK技术在小区域农房测量中的精度研究.pdf

中国新技术新产品2024 NO.2（上）-120-工 程 技 术对空间规划来说，农房测量具有重要意义，需要参考精确数据信息，因此，在技术运用方面，应保证科学、合理。GPS-RTK 技术是一种自动化程度较高的现代化技术，能缩小误差，降低测量难度。但是目前我国部分区域在对小区域农房进行测量的过程中，会因多路径效应、卫星接收质量等因素出现精准度问题，削弱技术运用价值。由此可见，对 GPS-RTK 技术在小区域农房测量中的精度问题进行研究非常必要。1 GPS-RTK 小区域农房测量精度误差处理研究1.1 小区域农房测量精度误差分析卫星是一种动态载体，在 GPS-RTK 技术测量的过程中，信号为动态瞬时产生，若卫星数量和其他参数较好，则系统初始化时间更短，精准度更强；反之会削弱精准度，甚至难以达到求解要求。与此同时，在信号传递的过程中需要经过对流层等多种环境，极易受到外部环境的干扰而中断，此过程要求技术人员借助误差模型进行修正和技术优化，尽量优化初始化时间，提高系统质量。此外，在系统测量的过程中，信号是以无线电的形式进行传递，极易受到电磁波或其他物体影响，削弱数据可靠性1。1.2 转换参数影响误差处理在应用 GPS-RTK 技术的过程中，主要影响精度产生误差的因素包括转换参数、卫星信号、数据通信以及系统自身问题。为有效提高精度，技术人员需要做好以下内容：对转换参数影响误差来说，如果已知在同一区域选择了不同级别的公共点，但是转换参数有所差异，就需要对参数控制范围进行检定2。具体流程如图 1 所示。2 小农房测量 GPS-RTK 精度检测研究2.1 小农房区域测量 GPS-RTK 运用案例分析案例一：某区域为明确城乡一体化低级管理信息系统，进一步提高土地管理工作质量，对小农房进行了测量工作，在具体工作中，技术人员严格按照国土资源局确定的测绘范围，根据住房和城乡建设部等五部委制订的农村地籍和房屋调查技术方案进行数据勘测和数据库建设等工作。在具体工作中，充分运用 GPS-RTK、全站仪技术手段和设备对信息进行收集等工作，并基于数字化测绘对地形进行测量等，从而精准掌握小农房区域的位置、界线、数量和质量等基本信息。建立以宗地为基本单元，城镇地籍调查数据库相匹配的城乡一体化地籍管理信息系统。2.1.1 确认方案在使用 GPS-RTK 技术的过程中，技术人员人为可忽略控制点，按照基准控制点的设置强化界址点和地标物的坐标设定，并借助 CASS 和多媒体软件进行野外测绘工作。目前，测区小农房面积约占当地居民居住总面积的 2/3 且部分地形复杂，涉及水域等体系。因此应该综合分析，用 GPS-RTK 对地形进行分析，如果 GPS 信号较差，就借助全站仪配合工作。2.1.2 测量内容先测量房屋建筑面积，按照变现数据计算。其中应注意计算单层面积，若存在不封闭阳台则按照 1/2 算。在阳台面积测算方面，需要采用不同的样态方式测算，例如对封闭阳台来说，应该按照水平投影面积计算。在宁村房屋挑廊测算方面，也是根据水平投影面积，如果半封闭就需要按照面积的一半测算。走廊等区域通常按照柱的外围水平投影面积计算，如果没有柱，就按照面积的一半计算。门廊面积测算作为与房屋相连的重要结构，如果有独立立柱，就按照外围投影面积计算。2.1.3 系统处理在 CC 软件中增设控制点，加以调整后完成自动化建模。GPS-RTK技术在小区域农房测量中的精度研究张海龙（阜阳市测绘院有限责任公司，安徽 阜阳 236000）摘 要：为满足城乡发展需求，提高农房测量的精确性。本文将某农村地区作为研究对象，对 GPS-RTK 技术的应用原理进行分析讨论，提出 GPS-RTK 技术的具体实现路径，阐述 GPS-RTK 小区域农房测量精度误差处理方法。最终发现 GPS-RTK 技术具有精度高和稳定性好的优势，能大幅度减少人力、物力资源，保证测量任务按时完成，希望通过研究，为后续类似问题提供参考。关键词：GPS-RTK 技术；小区域农房测量；精度研究中图分类号：P23 文献标志码：A图 1 七参数法基本流程格网坐标大地坐标大地坐标地方坐标地方坐标直角坐标直角坐标经典三维转换WGS-84坐标WGS-84椭球地方椭球中国新技术新产品2024 NO.2（上）-121-工 程 技 术运用自动纹理映射等功能建立小农房区实景三维模型。与传统的地物采集形式相比，借助 GPS-RTK 技术可有效解决结构不完整等问题，强化三维模型精准度，在测量的过程中应确保墙体平整，保证边线和角点的精准度和技术运用的科学性。2.2 小农房区域测量 GPS-RTK 运用案例分析2.2.1 项目要求案例二：本文选取的研究对象为某地方城市的工业区建筑物。此区域地势相对平坦，地面要素主要包括厂房、道路和房屋等。精度指标为 1 500 的地形图，项目成果包括测区实景三维模型一套和测区正射影像图一套。需要准备好RTK 无人机、五镜头和数据处理软件等仪器设备，并配备飞行技术人员、外业测量人员和内业编辑人员。通过在无人机上搭载五镜头，对农村一体化确权项目进行航测。由于本次测绘项目较为特殊，甲方只要求测量房屋的占地，须根据“宗”进行计算，因此测区范围相对较广，单个任务测区较小，因此本文只以其中一块作为研究对象。2.2.2 数据采集在完成准备工作后，需要对测区进行勘探，了解测区交通状况，控制点分布和地形地貌，掌握测区内建筑最大高度，以便规划航线，制定飞行方案。确定航线的设计参数，包括2D 飞行模式，飞行高度为 90m，飞行速度为 8m，每秒航向重叠率为 75%，预计飞行时间为 30min。要布设像控点，共计 10 个控制点，应均匀分布于测区。同时，为满足平面精度需求，还要布设大量检查点。通常在地面起伏不大的区域选取控制点，尽可能规避房角点或存在高程起伏的焦点，避免因人员操作失误，导致数据不符。同时，在作业过程中还要使用 RTK 连接 cors（一款数据分析软件）通过平滑踩点功能，测量像控点点位坐标值，要求每组像控点采集 3 个测回。每个测回采集 10 个点，计算平均值，在测回完成后重启接收机，拍照记录每组像控点，保证照片能全面呈现测控点的地形特征。要确认航飞状况，在现场作业的过程中，充分按照地面站 App 提示进行全面检查，保证界面左上角出现起飞准备完毕后，才可实施升空作业。并利用遥控器屏幕监控飞机工作状态，关注电池电量，调整飞机飞行姿态，确认航高和速度等指标。对相关数据和航摄影像进行整理检查，在确认信息无遗漏且影像清晰后，完成数据处理工作。2.2.3 数据预处理与生产当对数据进行预处理时，要完成空三加密，导入程序软件，加入控制点，调整控制点位置，保证其与空三网联合评查优化到合格数值，以此实现自动化建模作业。要进行数据生产，对高精度实景三维模型来说，应通过隔网切块、自动纹理映射等流程，生产高精度模型成果，常规的三维测度方式是根据三维模型地物采集，若房屋模型结构不完整，则很容易影响几何精度，导致后续测图成果无法满足精度要求。因此，需要保证房屋结构完整和墙面平整，为后期的测图软件数据采集提供支持，保证房屋清晰且房屋焦点准确，利用布设检查点校准模型的精度，直至精度合格后可完成后续作业。根据研究，采用 RTK+五镜头的作业方式，能对测区影像数据进行全方位捕捉，缩短航飞时间，产生高质量模型成果，并在一定程度上降低外业控制点，提高作业效率。2.3 GPS-RTK 技术在小农房区域运用结果精度检测分析2.3.1 RTK 定位和地籍信息精度检测RTK 测量（如图 2 所示）在运用过程中主要涉及精度是指设备仪器在出厂时的精度，若想要全面掌握精度的具体情况，则需要通过检测掌握具体数据。目前这种测量技术已经广泛运用在工程测量中，尤其是对小区域农房测量来说，在技术运用的过程中可有效保证工程进度。图 2 RTK 测量设备在对小农房进行检定的过程中，技术人员需要先设定目标区域坐标点的三维真值，假设其为（X，Y，Z）且每个坐标对应的 GPS 观测值为（Xj，Yj，Zj），此环境下，RTK 系统的测量值为（Xr，Yr，Zr），此过程中静态观测与系统数据间的误差就为 Xj=Xj-X，Y 与 Z 的误差以此类推。如果此时误差间的差为 dX、dY、dH，则相应数值分别为 Xj-Xr、Yj-Yr、Zj-Zr。此时根据误差传播计算要求，可得出误差传播数据，之后可按照权倒数传播定律计算误差信息，在得出以上基本信息后，可以得出 RTK 中 X 坐标以及 Y 坐标的误差，最终掌握 RTK 测量点 H 坐标误差情况。在对 RTK 精度可靠性进行检定的过程中，需要与已知数据进行比对，即 GPS 坐标信息，通过坐标采集等形式推理不同点位的精度信息，之后按照以上数据公式可以得到 RTK测量精度信息，掌握测量的实际状况，为后续工作奠定基础。2.3.2 RTK 平面精度检测坐标检验试验分析是为了帮助技术人员掌握坐标参数的精准度情况。在试验的过程中，工作人员将基准站安装在GPS 网点上，采用 RTK 观测值与已知数据对比的方式完成较差研究。结合数据信息可知，RTK测量数据信息与已知GPS静态数据间的差距主要为毫米级别，最大数值为 14cm，最小为无差别。在对差值严重地区进行分析的过程中，技术人员发现当地存在建筑物遮挡的情况，因此导致数据波动，为保证数据信息的价值，技术人员结合数据信息，认为在 RTK 测量过程中，能够满足 2cm 内的数据精度要求，符合小区域农房测量的精准度标准3。2.3.3 RTK 高程精度分析在运用 RTK 技术的过程中，会涉及高程测量内容，为进中国新技术新产品2024 NO.2（上）-122-工 程 技 术一步掌握高程精度情况，本文将对 GPS-RTK 精度进行分析，根据静态控制网各点考察检测掌握数据信息，并按照相关文件要求，对数据进行分析，结合标准要求，误差在 15mm属于高差单位权中误差标准值4。结合数据分析显示，高程数据主要为 3cm 内，部分条件较高的区域甚至可以达到毫米级别需求，说明 RTK 通常可以满足小区域房屋测量需求，若周围建筑物较为密集，则需要注意数据误差。高精度检测系统运作流程如图 3 所示。图 3 高精度检测系统运作流程3 小区域农房测定 GPS-RTK 最优转换参数确认与检验在 RTK 测定的过程中，由于转换点有所差异，因此在最终数据精准度方面也会受其影响产生误差。出现此问题的原因有很多，除了人为影响外，在技术运用的过程中获取最佳的坐标转换参数是提高精度的主要工作内容5。对小区域农房测定工作来说，在RTK测量的过程中主要是以四参数转换为主，并借助拟合的形式掌握区域高程信息状况。因此本文将对此进行分析。结合现有情况来看，当转换公共点较多时，必然存在残差数据，一旦残差较为严重，就说明精准度存在问题，需要及时对已知点进行更换。除此之外，为保证测量的质量，要求平面残差应该满足标准，即在1cm 内。因此工作人员对 14 个公共点进行分析和参数求解，采用残差分析的方式掌握精准度情况。其中 X0=7685.356，平移 Y0数值为 1786.900，尺度 K=1。结合数据来看，在求解的过程中，X、Y 残差较大，甚至可以达到 3.7cm，最小数值也已经达到 0.62cm，对 GPS-RTK 技术运用来说已经超出标准，因此需要及时更换，并再次求解，最终在更换完成后达到较好的残差要求6。结合以上分析，可得出以下结论信息：在对小区域农房进行测定的过程中，求解的精准度并不会因为转换点的数量增加而发生明显改变；在已知求解点坐标的环境下，采用逐一测算后去除残差较大点的形式，可找出最终的最优解；在剔除参数的过程中，需要判断科学性，避免出现粗差影响最终数据的精准度7。4 GPS-RTK 运用效果分析为进一步满足检验需求，提高对 GPS-RTK 精准度的了解，技术人员应提高 GPS-RTK 使用质量：运用全站仪了解数据信息，并借助系统数据完成信息比对，进一步掌握实际数据内容。在具体工作中，技术人员应该先计算较差和中误差，其中较差的计算过程如公式（1）所示。2（d2）=X2+Y2 （1）式中：X、Y 为此区域运用 GPS-RTK 系统测量与全站仪测量间数据的较差。中误差测算如公式（2）所示。mddn1?（2）式中：m1为中误差测算数值；dd 为 d2的总和。根据 GPS-RTK 信息，对精度进行检查。在精度检查的过程中，技术人员分别在以上两个区域挑选 30 个测量点作为目标区域，对其进行测定。在具体工作中，要求技术人员对最大误差数据和中误差信息进行分析，需要注意的是需要按照规定要求对此过程的数据进行取值。结合已有数据，最大误差约为 0.0692m，粗差约为 0.0734m。结合误差数据对比，误差范围整体在粗差区域内，说明使用 GPS-RTK 技术能满足小区域农房测定的精准度要求，可达到可靠性与真实性标准8。5 结论综上所述，本文对 GPS-RTK 技术在小区域农房测量中的精度问题进行了细致化分析，结合目前研究，在 GPS-RTK技术运用背景下，小区域农房测量的数据准确度大幅度提高，可有效减少返工等情况，有助于保证工作进度。因此在后续的工作中，要求技术人员应该不断强化自身专业能力，做好数据测定，减少对后续工作的影响，为空间规划奠定基础。参考文献1 李国钊.GPS-RTK 定位技术在某公路工程中的应用研究J.山西建筑，2023，49（11）：181-184.2 肖彪.GPS-RTK 测量技术在漠阳江出海口综合整治工程中应用 J.黑龙江水利科技，2022，50（12）：130-134.3 陈建，盛松松，陈瑜.浅谈 GPS-RTK 技术在电厂土方和曲线测量中的应用 J.安装，2022（增刊2）：60-61.4 阿米娜依米提.GPS-RTK 技术在哈密市山区洪水灾害调查中的应用分析 J.地下水，2022，44（5）：235-236，239.5 朱皓月.GPS-RTK 测量应用于矿山地质测绘的探讨 J.中国金属通报，2022（2）：237-239.6 张建，秦秀路.GPS-RTK 技术在农田水利工程测量中的应用 J.农业工程技术，2022，42（36）：49-50.7 邬宇峰.矿山测绘中 GPS-RTK 技术的应用分析 J.矿业装备，2022（6）：196-198.8 屈亚茹，卢小芳.GPS-RTK 技术在土方工程量计算中的应用 J.江西建材，2022（10）：151-152，155.