關于城鎮土地調查GPS控制網建設方面的探討

路文科 安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽 宿州 234000

關于城鎮土地調查GPS控制網建設方面的探討

路文科 安徽省煤田地質局物探測量隊，安徽 宿州 234000

本文基于筆者多年GPS控制網建設的相關經驗，以城鎮土地調查GPS控制網的建設步驟與方法為研究對象，以實際項目為依托，深入探討了城鎮土地調查GPS控制網建設的方法和步驟，對同類項目具有很好的參考價值和可操作性。

城鎮土地調查；控制測量；GPS控制網

概述

城鎮土地調查及城鎮地籍調查，是對城市、建制鎮、內部每宗地的調查，通過權屬調查和地籍測量，查清宗地的權屬、界址線、面積、用途和位置等情況，形成數據、圖件、表冊等調查結果，為土地登記、核發證書提供依據的一項即行政、技術于一體的工作。城鎮土地調查最核心的任務是進行地籍測量，繪制地籍圖，它是權屬調查的基礎，控制測量是地籍測量的首要任務。地籍控制測量是根據界址點和地籍圖的精度要求，視測區范圍的大小、測區內現存控制點數量和等級等情況，按照測量的基本原則和精度要求進行技術設計、選點、埋石、野外觀測、數據處理等的測量工作。控制網建設的精度直接關系到地籍圖的精度，因此地籍控制網的建立非常重要。

地籍控制測量包括基本控制測量和圖根控制測量，分為平面控制測量和高程控制測量，常用的方法有GPS測量、全站儀導線測量、幾何水準測量、光電測距三角高程測量等。

1.GPS地籍控制測量特點

全球定位系統（GPS），現在廣泛應用于各個測繪領域，已經逐漸發展成為控制測量中的主導技術手段與方法，相對于經典的控制測量方法有以下特點：（1）觀測站間無需通視，網形結構靈活，但考慮到利用常規方法加密時的需要，GPS網點應該有1～2個方向通視。GPS網的布設視其目的、要求、接收機類型數量、測區地形交通等綜合考慮，按照優化設計原則進行。（2）點位精度高，提供三維坐標。GPS測量，在精確測定觀測點的平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高。（3）觀測時間比較短。（4）全天候作業。GPS觀測工作可以在任何地點、任何時間連續進行觀測，一般不受天氣狀況的影響。

地籍控制點的點位要求精度高、密度大。地籍基本平面控制測量包括二、三、四、等基本控制測量和一、二級加密控制測量。根據GPS與地籍控制測量的特點，GPS非常適合進行地籍控制測量。

2. 控制網建設方法

GPS地籍控制測量，按其工作性質可分為外業和內業兩大部分，外業工作主要包括：選點、建立測站標志、埋石、野外觀測作業以及成果質量檢核等；內業工作主要包括：技術設計、測后數據處理以及技術總結等。按照GPS測量實施的工作程序，大體分為幾個階段：GPS控制網的優化設計，選點與埋石，外業觀測，成果檢核，數據處理，編制報告。

GPS控制測量是一項技術復雜、要求嚴格的工作，實施的原則是，在滿足用戶對測量精度和可靠性等要求的情況下，盡可能地減少經費、時間和人力的消耗。因此，對其各階段的工作，都要精心設計、組織和實施。為了滿足實際的要求，GPS測量作業應遵守統一的規范和細則。GPS控制測量與GPS定位技術的發展水平密切相關，GPS接收機硬件與軟件的不斷改善，將直接影響測量工作的實施方法、觀測時間、作業要求和成果的處理方法。

圍繞產品供應鏈與物流服務供應鏈協調模型圖（圖1），本文構建了兩者之間的博弈模型，模型中相關符號及其含義的說明如表1所示。

3. 實例

某縣城進行地籍控制測量任務，面積約90平方公里平面控制采用坐標系統為1954年北京坐標系和1980西安坐標系，高程系統采用1985國家高程基準。網內共45個D級GPS點和134公里三等水準網。為本次地籍測量控制加密點的起算數據。在D級GPS控制網下，加密E級GPS控制，在E級GPS控制網下，布設城市二級導線網。布設范圍為劃定的調查區域，控制面積約18平方公里。全測區共布設E級GPS點100個。

3.1 GPS控制網精度要求

地籍控制測量必須遵循從整體到局部，由高級到低級分級控制的原則，D級GPS網成果在使用前應對其進行不低于三個點的檢測，檢測方法使用4臺南方靈銳雙頻GPS接收機和2臺拓普康型雙頻GPS接收機，把在新調查區范圍內的D級GPS點和新布設的E級GPS同步觀測，一起參與基線處理和平差計算，計算結果顯示最大△X=+0.017m，最大△Y=-0.017m，精度達到規范要求。檢測結果顯示D級GPS點精度滿足規范要求。

地籍平面控制測量坐標系統盡量采用國家統一的坐標系統，條件不具備的地區，可采用地方坐標系或任意的坐標系統。精度指標是GPS網技術設計一個重要的量化指標，它的大小將直接影響GPS網的布設方案、觀測計劃以及觀測數據的處理方法。地籍控制測量的精度是以界址點的精度和地籍圖的精度為依據指定的，根據《地籍測量規范》規定，地籍控制測點相對起算點中誤差不超過0.05米。

3.2 布設方案與觀測

使用4臺南方靈銳雙頻GPS接收機和2臺拓普康型GPS接收機。上述GPS接收機標稱精度均為5mm+1ppm。采用靜態觀測模式，技術要求見表1。

E級GPS網采用邊連式連接，組成642個閉合環，其中同步環516個，異步環126個，野外同步觀測時段均大于50分鐘。

野外觀測時所采取的方法為：

3.2.2 在充分考慮與原GPS網的銜接與統一的基礎上，進行同步觀測環圖形設計和時段設計，編制出作業計劃進度表。

3.2.3 天線定向標志應指向正北。天線安置需嚴格對中。每時段觀測前、后各量取天線高一次，量至了1mm，兩次量高較差不應大于3mm，取平均值作為最后天線高。

3.2.4 觀測組嚴格按調度表規定的時間同步觀測同一組衛星。

3.2.5 接收機啟動前與作業過程中，隨時逐項填GPS測量手簿中的記錄項目。

3.2.6 按要求在現場做好點之計。

E級G P S網平差采用南方靈銳雙頻GPS接收機隨機平差軟件進行基線處理與平差解算，平差后各項精度指標均達到規范要求。

3.3 數據處理與分析

為了獲得GPS觀測基線向量并對觀測成果進行質量檢核，首先要進行GPS數據的預處理。根據預處理結果對觀測數據的質量進行分析并作出評價，以確保觀測成果和定位結果的預期精度。預處理是對原始觀測數據進行編輯、加工與整理，分流出各種專用的信息文件、為進一步的平差計算做準備。數據預處理完成以后，數據成果完全正確，便可進行觀測數據的平差計算[1]。平差計算分為基線向量網的無約束平差、約束平差、基線向量網與地面網的聯合平差。GPS極限向量提供的尺度和定向基準屬于WGS-84坐標系，進行三維無約束平差時，需要引入的位置基準不應引起觀測值的變形和改正。GPS基線向量網的三維約束平差可以在國家大地坐標系中進行，約束條件是地面網點的固定坐標，固定大地方位角和固定空間弦長，平差結束后同時完成了坐標系統的轉換。二維約束平差是以一個已知點和一個已知基線的方向作為起算數據，平差時將GPS基線向量觀測值及其方差陣轉換到國家坐標系的二維平面上。

表1 E級GPS測量作業基本技術規定

表2 點位精度

表3 邊長相對精度

3.3.1 無約束平差

為全面考察GPS網的內部符合精度，首先進行無約束平差，以網中一個點(干塘山)的坐標作為起算依據，以符合各項質量檢驗要求的獨立基線組成的閉合圖形和三維基線向量及其相應的方差協方差陣作為觀測信息，進行GPS網的無約束平差。

經無約束平差檢驗，最大基線改正數為10mm，基線向量的改正數與剔除粗差后的無約束平差結果的同名基線相應的改正數的較差不大于3倍改正數中誤差,沒有明顯粗差。

3.3.2 約束平差

在縣城坐標系中的若干約束點(已知點)的已知距離和方位，作為強制約束的固定值，也可作為加權觀測值統一進行三維約束平差。平差計算采用隨機軟件完成。二維約束平差后的統計結果如表2和表3所示。

在建立GPS地籍控制測量網時，影響控制網精度的主要原因是觀測數據的精度和控制網網形的優化，控制測量數據精度的誤差來源可分為與信號傳播有關的誤差和雨接收設備有關的誤差等。控制網形的好壞主要取決于相鄰邊長的較差，基線的交角和圖形強度等原因。

4.結語

GPS地籍控制網建設速度快、精度穩定可靠、觀測時間短，它的效率遠遠高于傳統地籍控制測量網的建設，在地籍測量中發揮了巨大的作用。

[1]張華海，楊志強等.G P S測量原理及應用.武漢大學出版社,1998：136～138

路文科（1981-），男，陜西漢中人，測繪工程本科，工程師，主要從事G I S數據建庫、G I S開發、編程、遙感圖像處理、地形測量、地籍測量、土地調查等。