静态GPS在城镇地籍测量中的应用

摘要:城镇地籍测量是城镇地籍信息管理系统的基础，也是一项复杂的测绘工作，其测量的准确性对城镇土地的可持续利用具有重要影响。本文结合多年地籍测量经验，在介绍静态GPS测量方法的基础上，探讨了GPS地籍控制网的建立过程，旨在提高测量的准备性，以供参考。

关键词:静态GPS；城镇地籍；测量方法；控制网

中图分类号：O4-34 文献标识码：A 文章编号：

随着我国城市化进程的加快及人口数量的急剧增长，城镇土地资源价值越来越高，对城镇地籍测量的准备性及实效性提出了更高的要求。目前，传统的常规地籍测量方法容易受到起算控制点密度不足、测站之间通视差以及精度不均匀等因素的影响，不仅增加了测量的工作量，导致工作效率低下，而且在一定程度上制约了工程的进度，这种测量方法已无法满足如今城镇地籍测绘工作的需要。静态GPS卫星地位技术作为新型的测量技术，具有全天候观测、布点灵活、精度高和计算速度快的优点，能够弥补传统地籍测量方法的不足，是获取实时空间数据的重要手段，目前在城镇地籍测量工作中得到广泛的应用及推广。

1 静态GPS技术测量方法

利用GPS定位技术，确定观测站之间相对位置。它主要由GPS接收设备的软件和硬件来决定。控制测量主要使用HD8200X静态机，采取的是静态载波相位相对定位模式。该模式采用两台(或两台以上)中海达HD8200X静态机，分别安置在一条(或数条)基线的端点，根据基线长度和要求的精度，按HD8200X静态机外业的要求同步观测四颗以上的卫星数时段，时段从30min至几个小时不等。基线测量的精度可达±(5mm+1×10－6D)，D为基线长度，以公里计。采取这种作业模式所观测的独立基线边，应构成闭合图形(如三角形、多边形)，以利于观测成果的检核，增强网的强度，提高成果的可靠性和精确性。

2 GPS网的技术设计

GPS网的技术设计是GPS测量工作实施的第一步，其主要内容包括精度指标的确定，GPS网的图形设计和GPS网的基准设计。

2.1 测量的精度标准

在GPS网总体设计中，精度指标是比较重要的参数，它的数值将直接影响GPS网的布设方案、观测数据的处理，以及作业的时间和经费。对GPS网的精度要求，主要取决于GPS网的用途。精度指标通常均以GPS网中相邻点之间的距离误差来表示，其形式为

mR=δD+pp×D

其中:mR为GPS网中相邻点间的距离误差(mm)；δD为与接收设备有关的常量误差(mm)；pp为比例误差(ppm)；D为相邻点间的距离(km)。

根据GPS网的不同用途，其精度可划分为表1所列的五类标准。

表1 不同级别GPS网的精度标准

2.2 GPS网的图形设计

根据GPS测量的不同用途和GPS网图形设计的一般原则，GPS网的独立观测边均应构成一定的几何图形。图形的基本形式包括三角形网、环形网和星形网。

三角网的三角形边由独立观测边组成。几何图形几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效地发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时，经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。但其观测工作量较大，尤其当接收机的数量较少时，将使观测工作的总时间大为延长，因此，通常只有当网的精度和可靠性要求较高，接收机数目在三台以上时，才单独采用这种图形(如图1所示)。

图1 三角形网

环形网是由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成的网，这种网形与经典测量中的导线网相似，图形的结构比三角形稍差。环形网的优点是观测工作量较小，且具有较好的自检性和可靠性，其缺点主要是，非直接观测的基线边(或间接边)精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀(如图2所示)。

图2 环形网

星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间，一般不构成闭合图形(如图3所示)，所以其检验与发现粗差的能力较差。但这种网的主要优点是观测中通常只需要两台GPS接收机，作业简单。因此，在快速静态定位和动态定位等快速作业模式中，大多采用这种网形。它广泛用于工程放样、边界测量、地籍测量和碎部测量等。

图3

星形网

2.3 GPS网的基准设计

在全球定位系统中，卫星主要被视作位置为已知的高空观测目标。所以，为了确定接收机的位置，GPS卫星的瞬时位置通常归化到统一的地球坐标系统。现在全球定位系统采用的是WGS－84坐标系统，是一个精确的全球大地坐标系统。而我国的国家大地坐标系采用的是1954北京坐标系及1980西安坐标系。通常在工程测量中，还往往采用独立的施工坐标系。因此，在GPS测量中必须确定地区性坐标系与全球坐标系的大地测量基准之差，并进行两坐标系统之间的转换。

3 GPS控制网的布设

3.1 GPS平面控制

研究区附近有国土局、房管局2000年施测的D级GPS控制点，经勘查这些点点位保存完好，外业检查这些点点位精度良好。作为本研究区的首级控制，在整个科学城2研究区内均匀地进行E级GPS点布设(平均边长为2000m)，共埋设30个E级GPS点，编号为E00151～E00180；E级GPS点均埋设永久性标石，采用混凝土现场灌制标石或水泥路面刻字标志:标心采用规格统一的Ф12mm，长8cm的不锈钢标志，标志顶部刻有“+”标记，作为测量距离与坐标的中心位置。E级GPS网观测使用经检查合格的中海达GPS接收机，外业每时段采集数据超过50min，要记录开关机时间、仪器高等相关测站信息，GPS网平差计算采用随机软件进行，平差计算时，按下述内容及要求进行检核计算。

1)同步环检核

采用单基线处理模式时，对于采用同一种数学模型的基线解，其同步时段中任一三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差见表2。同步时段中的多边形同步环，可不重复检核。

表2 限差等级

2)异步环检核

在整个GPS网中选取一组完全的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差W应满足:

其中:Wx，Wy，Wz为坐标分量闭合差；n为独立环中的边数；δ为相应级别的精度(其计算公式为: ；a、b为仪器精度；d为相邻点间平均边长)。

3)复测边检核

复测基线的长度较差应满足:(n为复测基线边数；δ为相应级别的精度)。

3.2.2 布设一级导线与图根

在E级控制网基础上，地形变化较大地区加密一级导线及图根导线点，再加以GPSRTK图根点，以满足测图的要求。

1)水平角采用方向法观测，一级导线观测三测回，图根导线观测一测回，支点左右角观测一测回；垂直角采用中丝照准法观测，一级导线观测二测回，图根导线观测一测回；斜距采用对向测量，一级导线观测二测回，图根导线观测一测回，支点采用二次棱镜高法各观测垂直角和斜距一测回。

2)一级导线观部分采用GPS方法进行测量，观测时间为45min，GPS平差计算采用随机软件进行，GPSRTK图根点采用二次测量，取其坐标平均值。

3)本研究区的边角网观测记录采用手工记录，经初步计算和检查后，选用清华山维NasewV3.0软件进行平差计算，数据输入格式选用HSZ格式，斜距输入，平差选用一次迭代、单次平差。

3.2 精度统计

坐标平差的各项技术指标统计见表3、表4。

表3 GPS一级导线网精度

表4 精度检查结果

4 结束语

综上所述，静态GPS卫星技术作为地籍测量中一种测绘技术，具有诸多的优点，不仅能够有效地减少城镇地籍测量的误差，而且也给测绘工作带来了革命性的变化。相信随着科学技术的发展，GPS测量技术的应用研究会不断深入，静态GPS测量技术在城镇地籍测量中的应用前景也会更加广阔，在城市测绘工作中也将发挥出更大的作用。

参考文献

[1] 欧勇继.城镇地籍测量控制测量中GPS的运用[J].科技视界.2012年第25期

[2] 张颖.GPS技术在地籍测绘中的推广及应用[J].黑龙江科技信息.2012年第16期