GPS技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用探討

高冶

摘 要：通過(guò)介紹GPS RTK儀器的優(yōu)點(diǎn)，介紹了地籍測(cè)繪的精度要求，而后詳細(xì)探討了GPS地籍控制網(wǎng)的建立流程。

關(guān)鍵詞：測(cè)繪技術(shù) 地籍測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：P2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（c）-0015-02

隨著GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使測(cè)繪定位技術(shù)發(fā)生革命性的變化，為測(cè)繪工程提供新的技術(shù)手段和方法。長(zhǎng)期以來(lái)用測(cè)角、測(cè)距、測(cè)水準(zhǔn)為主體的常規(guī)測(cè)量方法，正在被一次性確定3維坐標(biāo)的、高速度的、高效率的、高精度的GPS定位儀器所代替。進(jìn)入21世紀(jì)，GPS定位技術(shù)發(fā)展較快，GPS RTK測(cè)繪儀器的出現(xiàn)，GPS從靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)，精度不斷提高，儀器越來(lái)越小，攜帶較方便。這就使測(cè)量工作從繁重的野外工作中解脫出來(lái)。儀器精度的提高。使得GPS定位儀器應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。GPS定位儀器已廣泛應(yīng)用于公路工程測(cè)量、地籍測(cè)量、地質(zhì)工程測(cè)量等測(cè)繪工作中。

1 GPS RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

（1）GPS RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)是載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分GPS定位技術(shù)，GPS RTK技術(shù)是以載波相位測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的載波相位測(cè)量為依據(jù)的時(shí)實(shí)動(dòng)態(tài)差分測(cè)量技術(shù)。

（2）GPS RTK測(cè)量系統(tǒng)主要有GPS接收設(shè)備（分為基站和流動(dòng)站設(shè)備）、無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)鏈）及支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分的軟件3部分組成。

（3）具體測(cè)量過(guò)程為：在合適的參考點(diǎn)上設(shè)置好基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站連續(xù)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將基準(zhǔn)站坐標(biāo)、觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)電臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)送到設(shè)置好的流動(dòng)站用戶，一臺(tái)或多臺(tái)流動(dòng)站接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，接收基準(zhǔn)站傳來(lái)的數(shù)據(jù)，由軟件系統(tǒng)根據(jù)GPS相對(duì)定位的原理進(jìn)行差分及平差處理，適時(shí)解算并顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及精度。

（4）誤差來(lái)源：多路徑誤差、信號(hào)干擾誤差、天線相位中心的誤差、接收機(jī)位置誤差等是影響GPS RTK技術(shù)觀測(cè)質(zhì)量的重要因素。注意選擇地形開(kāi)闊、無(wú)反射面的控制點(diǎn)，遠(yuǎn)離大面積的水面。選擇控制點(diǎn)遠(yuǎn)離無(wú)線電發(fā)射源、雷達(dá)裝置、高壓電線等的干擾，可以減少信號(hào)干擾誤差。減少天線相位中心的變化誤差需及時(shí)進(jìn)行天線檢驗(yàn)校正。仔細(xì)地進(jìn)行儀器操作，可以減少接收機(jī)的對(duì)中位置誤差。

2 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）操作簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。常規(guī)的水準(zhǔn)儀測(cè)量、經(jīng)緯儀測(cè)量，要用筆現(xiàn)場(chǎng)記錄，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的限差計(jì)算。通常測(cè)站一人觀測(cè)，一人記錄。GPS RTK儀器只需一人操作儀器，測(cè)量只要設(shè)置限差就可以對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)地進(jìn)行取舍和記錄。測(cè)量結(jié)果可以直接導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，操作方便。

（2）作業(yè)效率高，作業(yè)人員少。常規(guī)的經(jīng)緯儀、全站儀等儀器，測(cè)量時(shí)要經(jīng)常搬站，完成任務(wù)通常需要3、4人一起工作。GPS RTK測(cè)量在一般情況下，需一人操作幾秒鐘就可測(cè)的坐標(biāo)值。在平坦地區(qū)，一次可測(cè)完半徑為3.5～7 km的測(cè)區(qū)范圍。在山區(qū)可設(shè)中轉(zhuǎn)站，降低搬站次數(shù)，提高工作效率。

（3）與傳統(tǒng)測(cè)量比較，作業(yè)條件要求減少。傳統(tǒng)測(cè)量要求測(cè)站點(diǎn)需要相互通視，要求觀測(cè)條件比較苛刻。GPS RTK受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素影響小，適于全天候作業(yè)。

（4）作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高、使用范圍廣。GPS RTK因其獨(dú)有特點(diǎn)，在控制測(cè)量、公路工程測(cè)量、地籍測(cè)量、礦山測(cè)量、地形圖測(cè)量施工放線測(cè)量均可獨(dú)立完成。

（5）定位精度高，數(shù)據(jù)可靠，沒(méi)有誤差積累。常規(guī)測(cè)量工作中，作業(yè)往往都是連續(xù)的，誤差一站一站的積125累下去。GPS RTK測(cè)量是獨(dú)立設(shè)點(diǎn)的，不會(huì)有誤差積累。測(cè)量過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行，沒(méi)有人為因素造成的錯(cuò)誤，測(cè)量數(shù)據(jù)比較可靠穩(wěn)定。

3 地籍測(cè)繪的精度要求

3.1 地籍控制測(cè)量精度要求

地籍控制測(cè)量必須遵循從整體到局部，由高級(jí)到低級(jí)分級(jí)控制（分級(jí)布網(wǎng)，但也可越級(jí)布網(wǎng)）的原則。地籍控制測(cè)量分為基本控制測(cè)量和地籍控制測(cè)量?jī)煞N。基本控制測(cè)量分一、二、三、四等，可布設(shè)相應(yīng)等級(jí)的三角網(wǎng)（鎖）、測(cè)邊網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)和GPS網(wǎng)等。在基本控制測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行地籍控制測(cè)量工作，分為一、二級(jí)，可布設(shè)為相應(yīng)級(jí)別的三角網(wǎng)、測(cè)邊網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)和GPS網(wǎng)。

地籍平面控制測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)盡量采用國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)，條件不具備的地區(qū)，可采用地方坐標(biāo)系或任意坐標(biāo)系。精度指標(biāo)是GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的量化指標(biāo)，它的大小將直接影響GPS網(wǎng)的布設(shè)方案、觀測(cè)計(jì)劃以及觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法。地籍控制測(cè)量的精度是以界址點(diǎn)的精度和地籍圖的精度為依據(jù)而指定的。根據(jù)《地籍測(cè)量規(guī)范》規(guī)定，地籍控制點(diǎn)相對(duì)起算點(diǎn)中誤差不超過(guò)±0.05 m。

3.2 地籍碎部測(cè)量精度要求

地籍碎部測(cè)量即界址點(diǎn)和地物點(diǎn)坐標(biāo)、地類(lèi)要素的獲取，包括定境界線，土地權(quán)屬界址線和界址點(diǎn)，房屋及其他構(gòu)筑物的實(shí)地輪廓，鐵路、公路、街道等交通線路，海岸、灘涂等主要水工設(shè)施的測(cè)繪。界址點(diǎn)是界址線或邊界線的空間或?qū)傩缘霓D(zhuǎn)折點(diǎn)，而界址點(diǎn)坐標(biāo)是在某一特定的坐標(biāo)系中利用測(cè)量手段獲取的一組數(shù)據(jù)，即界址點(diǎn)地理位置的數(shù)學(xué)表達(dá)。界址點(diǎn)坐標(biāo)的精度，可根據(jù)測(cè)區(qū)土地經(jīng)濟(jì)價(jià)值和界址點(diǎn)的重要程度來(lái)加以選擇。在我國(guó)?？紤]到地域之廣大和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，對(duì)界址點(diǎn)精度的要求也應(yīng)有不同的等級(jí)。

4 GPS地籍控制網(wǎng)的建立

4.1 布網(wǎng)原則與觀測(cè)方案的擬定

地籍控制測(cè)量就是測(cè)設(shè)地籍基本控制點(diǎn)和地籍圖根控制點(diǎn)，是為開(kāi)展初始土地登記、建立基礎(chǔ)地籍資料、以及日常地籍的動(dòng)態(tài)管理而布設(shè)的平面測(cè)量控制。根據(jù)國(guó)家土地局頒布的《城鎮(zhèn)地籍調(diào)查規(guī)程》要求，地籍平面控制網(wǎng)可布設(shè)為二、三、四等三角網(wǎng)、三邊網(wǎng)及邊角網(wǎng)，一、二級(jí)小三角網(wǎng)（鎖），一、二級(jí)導(dǎo)線網(wǎng)及相應(yīng)等級(jí)的GPS網(wǎng)，并且各等級(jí)地籍平面控制網(wǎng)點(diǎn)，根據(jù)城鎮(zhèn)規(guī)模均可作為首級(jí)控制。利用GPS技術(shù)進(jìn)行地籍控制，沒(méi)有常規(guī)三角網(wǎng)（鎖）布設(shè)時(shí)要求近似等邊。

4.1.1 基準(zhǔn)設(shè)計(jì)

GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)包括網(wǎng)的位置基準(zhǔn)、方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。而網(wǎng)的基準(zhǔn)的確定是通過(guò)網(wǎng)的整體平差計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，一般主要是指確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)問(wèn)題。確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，可選網(wǎng)中一點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定或給以適當(dāng)?shù)臋?quán)，或者網(wǎng)中的點(diǎn)均不固定，通過(guò)自由網(wǎng)偽逆平差或穩(wěn)擬平差，來(lái)確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)。這種以最小約束法進(jìn)行GPS網(wǎng)的平差，對(duì)網(wǎng)的定向與尺度沒(méi)有影響，平差后網(wǎng)的方向和尺度以及網(wǎng)的相對(duì)精度都是相同的，但網(wǎng)的位置及點(diǎn)位精度卻不相同。在網(wǎng)中選若干點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定，或者選網(wǎng)中若干點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定，或者選網(wǎng)中若干點(diǎn)的坐標(biāo)值并給以適當(dāng)?shù)臋?quán)，在確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)的同時(shí)，將對(duì)GPS網(wǎng)的方向和尺度產(chǎn)生影響，其影響程度與約束條件的多少及所取觀測(cè)值的精度有關(guān)。

4.1.2 選點(diǎn)與觀測(cè)方案的擬定

由于GPS測(cè)量觀測(cè)站之間不要求相互通視，而且網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活，所以，選點(diǎn)工作遠(yuǎn)較經(jīng)典控制測(cè)量的選點(diǎn)工作簡(jiǎn)便。但由于點(diǎn)位的選擇對(duì)于保證測(cè)量結(jié)果具有重要意義，所以，在選點(diǎn)工作開(kāi)始之前，應(yīng)充分收集和了解有關(guān)測(cè)區(qū)的地理情況以及原有側(cè)t標(biāo)志點(diǎn)的分布及保持情況，以便確定適宜的觀測(cè)站的位置。所選之點(diǎn)應(yīng)對(duì)空通視，遠(yuǎn)離大功率電視塔、微波站、高頻大功率雷達(dá)和發(fā)射天線等，遠(yuǎn)離大面積水域，玻璃幕墻，點(diǎn)位盡量不選在斜坡上，并且要便于觀測(cè)和加密發(fā)展，交通方便的地方。

用GPS建立地籍測(cè)量控制網(wǎng)，點(diǎn)間不必都通視，每個(gè)點(diǎn)有兩個(gè)方向通視就可，少數(shù)點(diǎn)一個(gè)方向通視也可以。點(diǎn)間距離可長(zhǎng)可短，不必顧及圖形結(jié)構(gòu)，一個(gè)GPS網(wǎng)，其最短邊可為600～1000 m，長(zhǎng)邊可達(dá)20～30 km。點(diǎn)位應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，以使用方便為原則。

4.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法

4.2.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理

GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理是對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、加工與整理，分流出各種專(zhuān)用的信息文件，為進(jìn)一步的平差計(jì)算做準(zhǔn)備。從原始記錄中，通過(guò)解碼將各項(xiàng)數(shù)據(jù)分類(lèi)整理，剔除無(wú)效觀測(cè)值和信息，形成各種數(shù)據(jù)文件，如星歷文件、觀測(cè)文件和測(cè)站信息文件等，然后進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的平滑、濾波、周跳探測(cè)、載波相位觀測(cè)值的修復(fù)以及對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行各項(xiàng)必要的改正。觀測(cè)成果的外業(yè)檢核是確保外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)預(yù)期定位精度的重要環(huán)節(jié)，所以當(dāng)觀測(cè)任務(wù)結(jié)束后，必須在測(cè)區(qū)及時(shí)對(duì)外業(yè)的觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行檢核和評(píng)價(jià)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格的成果，并根據(jù)情況采取淘汰或重測(cè)、補(bǔ)測(cè)措施。同步邊觀測(cè)數(shù)據(jù)的檢核，主要指觀測(cè)數(shù)據(jù)的剔除和觀值的殘差之差。主要是由觀測(cè)值的偶然誤差和系統(tǒng)誤差殘余部分的影響與數(shù)據(jù)處理中所采用的模型密切相關(guān)。殘差分析，主要是試圖將觀測(cè)值中的偶然差分離出來(lái)。

應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行地籍控制測(cè)量，首先對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，解算出各基線向量，然后對(duì)同步邊觀測(cè)數(shù)據(jù)檢核、重復(fù)觀測(cè)邊的檢核以及環(huán)閉合差的檢核，并且三種檢核均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)書(shū)和現(xiàn)行GPS測(cè)量規(guī)范的精度指標(biāo)要求。

4.2.2 測(cè)量數(shù)據(jù)的后處理

預(yù)處理完畢，根據(jù)預(yù)處理所獲得的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)文件，便可進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的平差計(jì)算。以所有獨(dú)立基線組成閉合圖形，以三維基線向量及其相應(yīng)方差協(xié)方差作為觀測(cè)信息，以一個(gè)點(diǎn)的WGS-84系三維坐標(biāo)作為起算依據(jù)，進(jìn)行GPS網(wǎng)的三維無(wú)約束平差。在無(wú)約束平差確定的有效觀測(cè)量基礎(chǔ)上，在國(guó)家坐標(biāo)系或城市坐標(biāo)系下進(jìn)行二維約束平差。當(dāng)只有一個(gè)國(guó)家點(diǎn)作為起算點(diǎn)時(shí)，可建立地方坐標(biāo)系。在建立獨(dú)立的地方坐標(biāo)系時(shí)，若測(cè)區(qū)的平均高程超過(guò)一定數(shù)量，則以這個(gè)平均高程面作為坐標(biāo)的投影面，測(cè)區(qū)離3'帶中央子午線較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)選取通過(guò)測(cè)區(qū)中心的子午線作為坐標(biāo)系的中央子午線。

4.2.3 觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差分析

在建立GPS地籍控制網(wǎng)時(shí)，影響控制網(wǎng)精度的主要因素是觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度，而影響觀測(cè)數(shù)據(jù)精度的主要誤差來(lái)源可分為：（1）與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差。（2）與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差。（3）與接收設(shè)備有關(guān)的誤差以及地球自轉(zhuǎn)、相對(duì)論效應(yīng)等影響所造成的其它誤差。

5 結(jié)語(yǔ)

GPS RTK技術(shù)已為測(cè)量界普遍地接受，并得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。不斷嘗試新的方法，提高RTK觀測(cè)精度，拓寬RTK的應(yīng)用領(lǐng)域，是測(cè)量工作者一直努力的目標(biāo)。展現(xiàn)RTK的優(yōu)越性，積極探索，創(chuàng)造更實(shí)用、更經(jīng)濟(jì)的測(cè)量方法，提高RTK儀器的使用范圍，利用其優(yōu)勢(shì)提高工作效率，為社會(huì)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。