利用RTK測量建筑物墻角點方法的研究

張為成，邢立新，馬俊海，張 雷，劉 江，梅曉丹，儲曉雷

（1．黑龍江工程學(xué)院 測繪工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150050；2．吉林大學(xué) 地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長春130026）

基于RTK模式下的GPS測量定位技術(shù)，以實時定位、施測靈活和高效率等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于地形測繪、地籍測量、工程測量和土地利用規(guī)劃等工程建設(shè)中，深受廣大測量工作者的喜愛。然而在應(yīng)用RTK測量定位方法測定房屋等建筑物墻角點時卻遇到了非常大的困難。一是由于建筑物本身高度的遮擋影響使RTK接收機天線不能同時接收到4顆（或4顆以上）GPS衛(wèi)星的信號，也就無法實時地測定和計算出房屋等建筑物的墻角點坐標，或者測定出的坐標數(shù)據(jù)解算精度很差，遠遠滿足不了相應(yīng)規(guī)范或工程建設(shè)的要求。二是由于RTK接收機天線都是具有一定尺寸的幾何外形，從而使RTK接收機與建筑物的墻角點無法完全靠近，致使測定結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差，當進行大比例尺地形測繪或地籍測量時滿足不了相應(yīng)規(guī)范的要求。受此制約，當前進行墻角點測量方法，如地形圖測繪中的居民地測繪、地籍測量等，一般都是通過RTK結(jié)合全站儀來測量，而測量的主要儀器是全站儀，這樣就大大降低了測量的效率，增加了測量人數(shù)，從而使得測量的人力、物力、財力大大增加。也有專家學(xué)者提出了僅利用RTK進行墻角點測量的方法，如通過測量房屋墻角的延長線上的多點坐標和距離用解線性方程或者三角函數(shù)計算的方法來計算墻角點坐標，這些方法在測量外業(yè)上需要測量的點位比較多，而且無論是測角和測距都有嚴格的要求，測量非常不方便。在內(nèi)業(yè)上計算也相對繁瑣，而且最終也只能解算出該點的平面坐標，高程坐標卻無法得到，所以當有些時候需要測量墻角點高程時，RTK測量則無法辦到。以上這些問題嚴重地影響了RTK在地形圖測繪 地籍測量等工程中的廣泛應(yīng)用。

1 RTK測量建筑物墻角要解決的幾個問題

通過以上分析可以看出，如果想解決RTK測量墻角點坐標，必須解決以下幾個問題：①RTK不受遮擋，能同時接收4顆（或4顆以上）GPS衛(wèi)星的信號；②RTK接收機天線有幾何外形的存在，如何在不能完全靠近建筑物的墻角點時測量；③要能否通過RTK直接測量，而不需要全站儀的配合；④如何解決高程點的高程測量問題。經(jīng)多年外業(yè)測量實踐探索，實際測量中建筑物的墻角點（如房屋墻角點或者圍墻墻角點），絕大多數(shù)都是垂直的，呈90°。正因為此，筆者產(chǎn)生了解決這一問題的思路，并制作了非常簡單而且實用的輔助RTK測量的裝置，從而從根本上解決了不能直接利用RTK測量墻角點的問題。

2 輔助裝置設(shè)計

輔助裝置共分4部分。第1部分為輔助裝置的前端為V形擋板，角度呈90°。V形擋板與第2部分內(nèi)尺連接，內(nèi)尺外是第3部分外尺，內(nèi)外尺均有刻度，可伸縮。在外尺的底端為第4部分U形口，測量時U形口與RTK對中桿進行連接。實物如圖1所示。

圖1 輔助裝置

3 作業(yè)流程和坐標計算原理

3．1 作業(yè)流程

在使用RTK測量墻角點時，前期的設(shè)置基站、匹配參數(shù)等操作流程與普通測量使用RTK一樣，只是在測量墻角點時，要用RTK的輔助裝置配合RTK來共同完成。具體的使用方法如下：

1）在墻角選擇合適的高度和位置，將V形擋板貼緊墻角，調(diào)整內(nèi)尺和外尺之間的距離，搜索有GPS信號的位置，將U形口與RTK接收機連接，整平RTK接收機，使外尺與RTK的對中桿處于垂直狀態(tài)。

2）進行RTK測量，并對RTK測量數(shù)據(jù)進行自動存儲，記錄此點為A點坐標（XA，YA，ZA），同時記錄RTK快速輔助測量裝置的長度SAQ。

3）將RTK快速輔助測量裝置處于豎直狀態(tài)，使V形擋板與地面接觸，從而來測量從地面到墻角點的高差HQN和RTK的對中桿到地面的高差HAM。

4）重復(fù)1）和2），利用RTK快速輔助測量裝置在其延長線上繼續(xù)測量B點，并同時記錄下RTK快速輔助測量裝置的長度和SBQ。

3．2 坐標計算原理

3．2．1 平面坐標的計算

利用RTK采集和記錄的測量點A（XA，YA，ZA），B（XB，YB，ZB）和所需要觀測的遮擋信號的墻角點Q點共線，可根據(jù)A，B兩點的平面坐標和到墻角點的距離SAQ，SBQ計算出墻角點Q的坐標。如圖2所示。

圖2 平面坐標計算原理圖

具體計算的原理為：先通過A，B兩點坐標進行坐標反算，計算出直線BA的坐標方位角αBA，然后再根據(jù)B點坐標和BQ的距離SBQ進行坐標正算，算出墻角點Q的坐標。計算公式如下：

3．2．2 高程坐標的計算

利用RTK采集并記錄的測量點A（XA，YA，ZA）的高程坐標ZA、從地面Q點到V形擋板貼緊的墻角處點N的高差HQN以及U形口與RTK接收機的對中桿連接交點M到地面A點的高差HAM，如圖3所示。計算墻角點Q的高程Z值，即

圖3 高程坐標計算原理圖

4 可行性與精度分析

為了驗證此方法的可行性以及測量墻角點得到的坐標精度情況，在黑龍江工程學(xué)院校內(nèi)進行了實際的測量實驗，如圖4所示。

圖4中GPS01、GPS02、GPS03、GPS04是利用GPS與哈爾濱城市坐標系已知點坐標進行聯(lián)測得到的C級控制網(wǎng)點坐標。在這些控制點上安置徠卡TCR－402全站儀，對周圍的墻角點進行了坐標測量，為了保證精度，每個墻角點都測量了3次，并取平均值作為準確值。同時也利用RTK與輔助裝置進行配合，對墻角點進行了數(shù)據(jù)采集。全站儀采集數(shù)據(jù)結(jié)果與RTK采集數(shù)據(jù)結(jié)果之差如表1所示。

圖4 測量實驗點位圖

從表1不難看出，兩種方法采集建筑物墻角點坐標之差非常小，X坐標差最大為22 mm，Y坐標差最大為23 mm，Z坐標差最大為37 mm，平面點位差最大為32 mm。由此可知，利用RTK進行墻角點測量的精度完全滿足地形圖測繪和地籍測量中采集墻角點坐標的要求（在要求比較嚴格的地籍測量中，規(guī)定一類界址點相當于臨近已知點誤差不大于5 c m）。

表1 兩種方法采集建筑物墻角點數(shù)據(jù)坐標之差mm

20 16 20 21 15 18 14 19 14 18 18 15 19 17 19 22 16 22 Y坐標差 21 21 15 14 13 19 17 15 18 19 17 15 13 19 12 14 18 23 Z坐標差 36 30 21 28 35 22 19 31 34 26 23 25 33 29 31 24 20 37 平面點位差X坐標差29 26 25 25 20 26 22 24 23 26 25 21 23 25 22 26 24 32

5 工程應(yīng)用實例

吉林省扶余市地籍調(diào)查項目，總面積約40 k m2。由于時間緊，任務(wù)重，如果采用RTK結(jié)合全站儀進行數(shù)據(jù)采集的方法進行，完成任務(wù)將有一定的困難，因此在此項目中第一次用到了RTK結(jié)合輔助裝置進行數(shù)據(jù)點的采集，外業(yè)速度明顯加快，而在內(nèi)業(yè)成圖時，由于輔助裝置的距離測量，可以直接通過軟件的“延伸”、“偏移”等命令，成圖速度也明顯加快。最后通過了項目的驗收，獲得了很好的評價。至此之后，此方法又在多個測量項目中得到了應(yīng)用。

6 結(jié)束語

通過RTK結(jié)合輔助裝置進行墻角點測量在吉林省扶余市地籍調(diào)查中的實際應(yīng)用和在黑龍江工程學(xué)院校內(nèi)進行實驗的精度分析，可以得出該方法不僅好用又實用，而且大大提高了生產(chǎn)效率，同時滿足了精度要求，完全克服了RTK信號受遮擋、RTK接收機存在幾何外形、不能獨立進行地籍測量等缺點。筆者認為，RTK輔助裝置簡單而且容易制造，如果大規(guī)模采用此方法，RTK的應(yīng)用前景將更加廣闊。

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