基于GPS技術的地籍測量研究

韋慶禮

（山東正元地球物理信息技術有限公司，山東濟南 250101）

地籍測量是實現科學管理土地資源目標的重要依據之一，測量中獲取信息的準確性、真實性、全面性，直接影響各地區土地資源的開發與利用以及土地管理工作的正確性。測量技術是決定地籍測量準確性與真實性的重要因素之一，近年來，科技水平大幅度提升，地籍測量技術體系有了新的調整與優化，GPS技術的應用有效彌補了人工測量誤差、時效性差、效率慢等弊端，幫助地籍測量高效、便捷地獲取土地資源信息。為實現充分發揮GPS技術的優勢與價值，關于其在地籍測量中的研究具有重要現實意義。

1 地籍測量中GPS技術原理

GPS技術指衛星導航設備，主要在導航通信領域應用。GPS技術的實際應用周期僅10年左右，目前，GPS國際協會已統計出GPS的117種不同類型的應用。分析地籍測量領域中GPS技術的應用原理，主要體現在四個層面。

1.1 定位原理

GPS定位原理本質上是到達時間原理，在地面控制站或通過定位衛星選擇已具有明確坐標信息的設備向接收端發送信號，計算發出至接收信號中信號傳輸所需時間，計算出發出端與接收端的直線距離，可通過已知信號位置列出方程，聯立方程組獲取待測目標土地的空間三維坐標。再計算出空間坐標，即利用GPS技術獲取大地坐標體系，從定位衛生發出信號開始計時，到測量設備接收發送信號所需時間，為測量目標土地與定位衛星之間的直線距離。將衛星作為中心，獲取的直線距離作為半徑，直到第二顆衛星發送同樣信號，兩個衛星圓心處于同一直線上，則可解出待測目標三維空間直角坐標[1]。

1.2 速度確定原理

GPS技術中可利用已完成的測定目標表示三維速度，技術系統中所采用的載波相位在使用中產生多普勒效應，導致信號存在誤差，目標測量過程中需要進行速度修正，確保速度值的準確性[2]。多撲勒效應指測量目標與衛星之間產生相對運動，導致信號傳輸中出現頻率波動，通過數學模型模擬可以發現，多普勒效應中噪聲、反射等因素都將對信號頻率造成影響，能夠減小測量值誤差，用以確定三維速度，準確性更高[3]。

1.3 大地坐標確定原理

大地坐標確定分兩步進行，一是構建WGS-84大地坐標系，二是求解坐標。在WGS-84大地坐標系構建中，需要以標準地球模型為基礎，將地球中心作為坐標系橢球體中心，x軸為零本初子午線所在平面且為其與赤道焦點、y軸與x軸、z軸垂直，z軸為協議地球極所在直線側，構建模型后計算：

在WGS-84參考面基礎上形成了橢球面，構建ECF坐標進行定位，獲得大地坐標，測量過程中將接收機位置參數轉化成ECF 坐標系向量，即u=(xu,yu,zu)。

僅考慮測量點與z軸所形成平面坐標，其夾角則是測量點維度λ，可得：

最終在測量圖上反饋出測量目標的實際距離、實際高度等數據，但測量地區為平面、參考坐標為橢球，之間存在誤差，需要分別計算大地維度在赤道平面投影以及橢球面法線在赤道的投影。

1.4 經緯度距離確定原理

地球為不規則體，近似于橢球，測繪過程中地面兩點間距離的測量存在極大難度，通常采用近似法，確保誤差在規定范圍內即可。因此，地籍測量過程中經緯度確定利用直線距離代替。在已知兩個測量點坐標情況下，經公式L=παR將經緯度圈弧長計算出來，再配合空間兩點間距離法算出準確的經緯距離[4]。

2 地籍測量中GPS技術分析

2.1 平面控制策略技術

平面測量是基于GPS技術展開地籍測量的第一步。

（1）根據地籍測量準點的相關要求，誤差需要控制在規定范圍內，且可在測量中設置合適的加密控制網點，在衛星定位技術支持下實現僅供地籍測量的控制網絡，方便日后測量工作的開展，但需要準確計算網絡中各項坐標，錄入地籍管理系統。

（2）測量后將坐標轉換為參數，提前做好動態測量的相關準備工作。

（3）考慮測量過程中信號以無線電方式傳輸，應在測量目標范圍內制高點位置架設電臺，并確保四周空間開闊，減少遮擋物。

（4）測量過程中需要選擇合適的擠占位置，架設信號接收機，完成設備架設后，做好檢查，并錄入測量所需參數，以便接收信號后及時進行校正[5]。

（5）完成測量后及時將數據信心傳回處理中心，實現自動化、智能化數據處理。

2.2 地籍碎部測量技術

傳統測量模式下，地籍碎部主要由外業實地測量完成，具有較大誤差，基于GPS、衛星定位技術、網絡技術展開測量，通過靜態模式在碎部土地設置導線可快速完成測量。如果碎部地籍中的已知點遭到破壞，應觀測15 min以上，并加密導線，確保布網充足、均勻[6]。測量主要采用全站儀極坐標法，但考慮測量中界址點為孤立狀態，缺少檢核條件，因此界址點測量至少反復進行2次。采用GPS技術進行地籍碎部測量，具有明顯優勢。

（1）誤差小。

50 km范圍內相對誤差可控制在10-6、150 km范圍內相對誤差可控在10-7、1 000 km范圍內相對誤差可控制在10-9，高精度測量過程中，誤差可控制在±1 mm內。

（2）效率高。

20 km內測量耗時小于18 min；測量點距離相對縮短，可在3 min內確定坐標，采用動態觀測法單點定位時間也可控制在8 min內。

（3）操作便捷。

可極大減少人為因素的干擾，且測量設備逐漸集成化，體積小、便于控制，方便工作人員按照規程要求進行操作。

（4）無通視限制。

實現測點間無障礙目視是使用TS的基礎條件，但在GPS技術中則無特殊要求，完成測點空間確定后，可確保信號順利傳輸。

（5）作業條件束縛少。

GPS技術使用過程中對天氣、周圍環境的要求較少[7]。

2.3 RTK技術

RTK技術即載波相位動態實時差分技術，是彌補GPS技術效率低、資源消耗高、信息采集與內頁解算環節脫節等缺陷的重要技術，其通過衛星定位對距離數據進行采集，可將誤差控制在厘米范圍內，且測量點間存在物體也不會對測量結果造成影響。在測量過程中，需要在固定坐標處構建中心站，測量中涉及的所有信號接收設備均與中心站進行實時聯系，以便中心站獲取實時測量的坐標信息，分辨反饋到中心站信息的可靠性，通常2 s即可完成一次更新，按照預設參數要求，中心站完成采集信息轉化后自動存儲，傳回坐標結果及測量精度情況，誤差滿足要求后展開下一測量點測量。具體應用中，20 km內可將水平定位誤差控制在±30 mm范圍內，滿足國家規定標準；2 s內延遲可忽略不計，相當于數據的實施傳遞；可用于河湖等海域地貌測量[8]。

GPS、RTK與網絡技術間的聯合形成了網絡RTK，即不間斷的衛星定位信號系統，是傳統RTK技術的升級，拓展了衛星定位技術的應用范疇，也使地籍測量信息更高效。

3 基于GPS技術的地籍測量方案

文章以GPS網絡RTK技術為例，探究地籍測量方案的設計，引入具體的區域地籍測量案例，研究GPS技術的應用。

某地區位于我國東部沿海，隨著港口貿易興起，人員流入量增加，為該區域的城市發展和城市擴建注入了力量，導致地籍信息頻繁變化。由于地區東北地勢偏低、西南海拔偏高，且背部地區存在大量水洼、土堆，采用傳統技術進行地籍測量缺少良好的通視條件，測量效率低、精度差，因此采用GPS技術進行1∶500地籍測繪。

待測區域約26 m2，經緯度（117°2′E，38°20′N），平均高程為5 m，本初子午線經117°。設計地籍測量方案分為兩個階段進行，第一階段采用6臺GPS接收機進行待測區域觀測，觀測時間為50 min，分別進行觀測前、觀測中、觀測后儀器高度變化統計；第二階段通過觀測確定合適設置接收裝置位置，安裝6臺接收裝置，測量采取邊連方式，按照該規則完成所有點位測量。

衛星高度角采取靜態觀測法、有效觀測衛星數采取靜態觀測法、平均重復測站數采取靜態觀測法、時段長度采取靜態觀測法、數據采樣間隔采取靜態觀測法。根據測量標準以及國家規程，水平誤差控制在5 mm±10-6，高度誤差控制在1 cm±10-6，控制點共16個，控制點間最近距離為0.6 km、最長距離為2.1 km。

RTK測量過程中采用3臺Trimble裝置，設置于視野相對開闊位置，注意遠離信號干擾源，16：00～18：00時段為衛星分布最為均衡時段，能夠確保測量過程中獲得穩定信號，建議該時段展開RTK測量。

4 結語

綜上所述，GPS技術對于現代地籍測量工作的價值不可估量，且隨著GPS技術水平的提升，其擁有越來越廣闊的空間。通過對基于GPS技術的地籍測量進行研究，了解如何應用GPS展開地籍測量，希望行業充分認識該項技術的優勢與使用價值，積極推廣，為我國土地管理提供更精準的數據信息。