RTK和全站仪在地籍测量中的应用及精度分析

张 姣李 绮

（1.广东省地图院，广东 广州510075；2.广州市城市更新规划研究院，广东 广州510031）

0.引言

地籍测量与常规的地形测量较为相似，其不同处在于地籍测量的数据基础是土地权属调查成果，地籍测量依托权属调查成果，对测区范围内的各类地籍要素进行高精度测量[1]。地籍测量外业数据采集工作主要分为两大部分，分别是测区范围内地籍控制测量以及细部测量，地籍控制测量的主要目的是为测区范围内测量工作的开展提供测量依据，地籍细部测量则以测区范围内的控制网为基础，对每宗土地的权属界线、位置、面积等信息进行精确测量，同时进行地籍图的绘制工作[2]。地籍测量与一般地形测量最大的不同在于，地籍测量的成果资料具有一定的法律效力，是我国土地登记的重要依据，地籍测量所形成的地籍图件等数据资料，是下一步进行土地注册登记以及核发土地证书的重要数据基础。

1.地籍测量及测量误差来源

1.1 地籍测量

地籍测量具有较强的专业性，为满足土地管理工作的需要，其成果需具备较高的精度；由于地籍测量数据具有一定的法律效力，所以地籍测量的成果资料必须具备真实性；同时应对地籍测量成果资料进行及时更新，保证数据资料的时效性[3]。因此，根据地籍测量自身所必须具备的种种特性，其工作过程必须由专业人员采取专业作业方法进行，在外业测量过程中需使用符合规范要求的专业设备仪器。在地籍测量过程中，主要采用的仪器设备有全站仪和GPS-RTK等。

数字测量模式主要采用全站仪进行测区数据采集工作，由于全站仪能高精度、快捷地同时测量角度、距离、高程三要素，并迅速而精确地在现场得出所需要的计算结果，因此，它既能完成测区范围内的控制测量，又能进行地籍图的测绘工作[4]。一般全站仪大都具备两种测量模式，分别为目标棱镜测量和无棱镜测量。在测量工作中，多采用目标棱镜的测量模式，由于测量棱镜具备较好的反射特性，所以其测量结果精度较高；但在地籍测量过程中，许多待测点位测量人员往往无法到达，从而无法安置棱镜，此时可采用无棱镜测量模式，从而得到目标点位的坐标信息[5]。

GPS作为现代测绘技术中被广泛应用的测量技术手段，同样也可应用到地籍测量工作中去。GPS技术相较于全站仪等常规测量方法而言具有较大的优势，GPS技术可实现全天候实时测量，测量范围较广，测速较快，不受通视条件的限制，同时可提供高精度的测量数据[6]。在地籍测量工作中，主要采用GPS测量方法布设测区范围内的平面和高程控制网，从而为测区各类地籍要素的测量工作提供控制依据。

GPS-RTK测量技术是一种实时差分GPS测量技术，其数据依据为载波相位观测量，主要可分为基准站和移动站两部分。基准站实时对可见卫星进行不间断观测，利用数据远程无线传输技术，将观测数据发送给移动站；移动站利用相对定位原理[7]，对接收到的基准站发送的观测数据以及移动站自身对卫星的观测数据为基础，实时解算整周模糊度未知数，从而得到移动站的实时坐标，并可对坐标精度进行精度评定。

1.2 测量误差来源

在地籍测量过程中，测量误差是多方面的，所采用的测量方法、测量仪器不同，误差来源也不相同，以下针对全站仪目标棱镜测量、全站仪无棱镜测量以及GPS-RTK测量的误差来源进行综合分析。

1.2.1 全站仪测量

全站仪测量过程中的误差主要可分为仪器误差、人为误差和气象误差三个部分：其中仪器误差包括轴系误差、度盘误差和测距误差等，人为误差包括对中整平误差、视线误差等，气象误差包括大气折射、地球曲率等。

当采用目标棱镜测量模式时，需考虑反射棱镜常数误差对测量结果的影响。棱镜常数是指在测距时，激光束在棱镜中的传播速度略小于在空气中的传播速度，从而导致激光束的行程时间相对较长，全站仪中显示的测量距离存有一定误差。由于不同棱镜的棱镜常数不同，在进行地籍测量前需要先对测量棱镜的标定常数进行检校，防止棱镜常数因棱镜碰撞等原因发生变化。在实际地籍测量过程中，需保证棱镜面正对全站仪，从而减少棱镜常数误差的影响。

全站仪无棱镜测量，顾名思义，即在对被测物体进行测量的过程中，不需要在测点位置安置反射棱镜、反射片等全站仪专用测量标识。全站仪在无棱镜测量模式下，测量原理与目标棱镜测量模式基本一致，全站仪发射的激光束直接打在被测物体上，被测物体对激光束进行反射，全站仪通过激光在空气中的传播时间和传播速度进行距离换算，然后利用角度关系对待测点位进行空间坐标的求解[8]。全站仪无棱镜测量模式和目标棱镜测量模式基本一致，但由于没有目标棱镜的存在，所以没有棱镜常数误差的影响，同时由于激光束直接打在被测物体上，被测物体表面材质和颜色的不同对激光束的反射程度也不相同，从而产生测量误差，对测量结果的精度造成一定程度上的影响。

1.2.2 GPS-RTK测量

GPS-RTK测量误差主要包括两个部分，分别为系统误差和偶然误差。系统误差主要是指GPS测量系统内部存在的误差，依据误差的产生原因可将其分为由卫星轨道引起的误差、由卫星上自带时钟引起的卫星时钟差、地面接收机自身的时钟误差以及由大气折射产生的误差等。为了减弱甚至消除以上系统误差的影响，从而获取高精度的GPS测量结果，根据不同类型的系统误差，从误差产生的根源出发，采取相应的误差修正方法，主要可分为以下几种方法：

（1）在数据解算过程中，根据需求适当增加一些未知参数，将增加的参数与其他待求解参数一同计算，进而削减系统误差的影响，提高测量精度；

（2）优化数据解析方法，通过建立贴合度更高的系统误差模型，对各类观测值进行误差修正；

（3）将多个观测站进行联合解算，以其对同一个卫星的同步观测数据进行差分求解，从而达到减弱或消除系统误差的目的，提高GPS测量精度。

GPS测量的偶然误差种类较多，主要可分为两大类：

（1）卫星信号的多路径效应导致的测量误差；

（2）测量过程中存在的观测误差。多路径效应引起的误差可以通过测站的正确选点，远离高压线等有强烈电磁辐射干扰的地方和存在大面积水域的地方或者有高大建筑物遮挡的地方来减少和避免；观测误差则需要在观测过程中对各项指标进行严格把控，使测量过程满足规范要求。

2.工程实例探究

2.1 数据获取

本文以广东省开平市某乡镇为研究区域，开展地籍测量工作，在测量过程中采用全站仪结合RTK的测量模式，对测区内的各类地籍要素进行信息采集工作。在实际测量过程中，不可避免地会出现一些测量人员难以到达的测量点位，此时需采用全站仪无棱镜测量模式进行点位信息的获取工作。为了便于对测量结果进行精度评定，在测绘人员可以到达的点位分别用全站仪目标棱镜测量、无棱镜测量以及GPS-RTK测量的方式进行点位信息的获取，以多个公共点的测量数据为基础，对各个测量方法的测量结果进行精度分析，测量数据（如表1、表2、表3所示）：

表1全站仪目标棱镜测量数据

表2全站仪无棱镜测量数据

表3 GPS-RTK测量数据

2.2 精度分析

由于在全站仪无棱镜测量模式下，被测物体表面的材质、颜色等会对激光束的反射产生影响，从而影响测量结果，导致测量精度相对较低；采用GPS-RTK进行测量时，周边环境较差时会影响接收机的卫星信号，从而对精度产生一定影响；采用全站仪目标棱镜测量方法，其测量结果较为可靠，精度较高。本文以全站仪目标棱镜测量结果为参考，对其他两种方法的测量结果进行精度分析。

测量结果精度评定方法多种多样，普遍采用测量结果的中误差进行精度评定。平面坐标精度的中误差计算公式如式（1）所示，高程坐标的中误差计算公式如式（2）所示：

其中式（1）中，M（x，y）为测量点位的平面坐标中误差；Xi/Yi分别为目标棱镜模式下全站仪测得的平面坐标X/Y；Xi/Yi分别为免棱镜模式下全站仪测得平面坐标X/Y，也是GPS－RTK测量模式下的平面坐标X/Y；n为测量点位的数量。式（2）中，MZ为测量点位的高程中误差；Zi为目标棱镜模式下全站仪测得的高程数据；Zi为免棱镜模式下全站仪测得高程数据，也是GPS－RTK测量模式下的高程数据；n为测量点位的数量。

将表1、表2、表3中的测量坐标数据分别代入公式（1）、公式（2），可得全站仪无棱镜测量模式的平面坐标中误差M（x，y）为0．0186789m，高程中误差MZ为0．0132664m；GPS－RTK测量无棱镜测量模式的平面坐标中误差M′（x，y）为0．0210024m，高程中误差M′Z为0．0178758m。经验证，全站仪无棱镜模式测量和GPS－RTK测量的成果均满足规范中平面坐标点位中误差小于0．05m，高程坐标点位中误差小于0．03m的要求。其中，全站仪无棱镜测量模式精度略优于GPS－RTK测量，原因主要是测区范围内建筑物较为密集，使得测区内移动站接收到的卫星信号相对较差，在一定程度上影响了GPS－RTK的测量精度。

3.结束语

随着我国土地管理工作的日益发展，对地籍测量成果的精度要求越来越高，传统的全站仪目标棱镜测量方法虽然精度较高，但操作烦琐，外业工作量较大，工作效率较低。全站仪无棱镜测量模式在满足地籍测量精度要求的同时，可大大提高工作效率，尤其是测量人员难以到达的测点，全站仪无棱镜测量模式可以很好地解决，同时结合GPS-RTK技术，可大大缩短外业测量时间，降低外业工作强度，有利于地籍测量工作的快速实施。