浅谈GPS控制测量在农村地籍测量中的应用

曾程文许南海 张席由

（1.江西核工业测绘院江西南昌 330001；2.瑞金市国土资源局江西瑞金 342500）

浅谈GPS控制测量在农村地籍测量中的应用

曾程文1许南海2张席由1

（1.江西核工业测绘院江西南昌 330001；2.瑞金市国土资源局江西瑞金 342500）

本文结合江西省全南县农村地籍调查项目中首级GPS控制网的布设，以及GPS网的内外业数据处理的原理，总结出在大范围内布设首级GPS控制网的方法、数据评定及其应用方向。

地籍调查；首级GPS；控制网；数据处理

0 引言

建立一个覆盖全县调查范围的首级GPS控制网，对全面、准确查清农村集体土地所有权、集体建设用地和宅基地使用权等的权属、界址、面积、用途和位置，形成权属合法、界址清楚、面积准确、地类（用途）明确、图数实地一致的农村地籍调查成果显得尤为重要。

1 测区概况及已有资料情况

1.1 测区概况

全南县地处江西省最南端，东经114°10′-114° 50′，北纬24°30′-25°10′。东邻龙南县，南毗广东翁源县、连平县，西接广东始兴县，北接广东南雄市，东北连信丰县。60%的边界与广东接壤，素有“江西南大门”之称。全县总面积1534.64平方公里，辖9个乡(镇)，整个县呈东北—西南长条走向。

1.2 已有资料的收集及分析情况

我们收集全南县及周边县市国家及地方各等级点成果资料，作为控制点解算及坐标转换参数的起算数据。通过分析发现已有C级GPS点分布不均匀，经现场踏勘，V551控制点已损毁，不能满足所有乡镇加密一级GPS网及图根控制测量的需要，所以计划在已有C级GPS点的基础上，在没有控制点分布的区域布设D级GPS点。如图1所示，红色表示已有C级GPS控制点分布位置，黄色表示新增D级GPS控制点分布位置。

2 D级GPS控制网的布设

2.1 布网方案

根据现有控制点分布情况，结合全南县地形地貌，在全县没有C级GPS控制点覆盖的5个乡镇布设5个D级GPS点。考虑到点位分布广，基线较长，交通不便等因素影响，为保证整个网形精度的可靠性，我们采用同步图形扩展式（网模式）的布网形式，可以对基线进行较长时间、多时段的观测，从而能较好的消弱轨道误差、大气折射和多路径效应等因素的影响。如图1所示，整个GPS控制网由12个点组成，分布于各个乡镇。

图1 首级GPS控制点分布图

2.2 控制点的选埋

1.选点

控制点选点需符合下列要求：1）点位的基础坚实稳定，易于长期保存，并有利于安全作业。2）点位视野开阔，视场内障碍物的角度不超过15°。3）点位远离大功率无线电发射源，其距离不小于200米，并离开高压输电线50米以上。4）点位应选择在交通便利，并且有利于扩展和联测的地点。

2.埋石

GNSS控制点采用埋设预制水泥标石。预制标石尺寸为：上表面20×20cm，高60cm。如图2、图3所示。

图2 GPS控制点标志

图3 D级GPS点埋设

3.控制点编号

为方便测绘成果的统一管理和使用，本项目D级GPS点的编号按GD001开始顺序编号，其中GD代表D级GPS点，001为顺序号。

3 控制点的观测及基线数据处理

3.1 外业观测

GPS测量选用四台中海达HD8200GD单频接收机（仪器标称精度为：平面±(10mm+1ppm×D)）采用网连式观测作业方式进行静态数据采集，同步观测时间不小于60分钟。观测前根据测区地形和交通状况、GPS设计的基线最短观测时间、卫星星历预报等因素综合考虑，编制观测计划调度表，同时依照实际作业的进展情况，及时作出必要的调整。观测时严格按照规范要求执行。

3.2 基线数据处理及分析

对于每天的原始观测数据都及时进行基线解算，并检查外业记录和输入的点号、天线高等是否有误。基线处理时采用软件缺省值，绝大部分基线在缺省模式下自动解算。基线最终结果采用双差固定解。

1．基线清理

外业观测过程中，由于GPS接收机较多，会自然同步产生许多基线，即许多相距较远的点连接而成的基线，这些长基线往往同步观测时间短，属于不必要的，对控制网质量也无多大益处，为节省计算时间，应在基线解算前将其清除。

2．基线解算

在基线解算过程中，发现少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法确定，就要剔除观测时间太短的卫星，不允许此数据参与解算。另外，在观测很短时间就消失的卫星要剔除，如下图4所示，基线A095-DG001卫星03、13号在观测很短时间就消失了卫星，卫星17、20、32号观测时间太短，将此卫星数据剔除，不参与计算。

图4 基线解算示意图

系统缺省预置的截止高度角是15度，增大截止高度角，对求解整周未知数与提高成果精度有益，因为所有相位的噪声随卫星的高度角增大而降低。如果能满足具有良好的GDOP值、卫星数≥4，选择25度截止高度角最理想。如图5所示:基线A095—V544，在软件缺省预置的截止高度角是15度，基线解算不能通过，将截止角设置成25度，再重解基线。

图5 静态基线处理设置

3.超限基线的处理

基线解算完成后，首先要检查环闭合差（同步或异步环），对于闭合差大的环，应该进行处理。一般按相对精度≤1/20000估算，相对闭合差应小于50ppm。所以大余50ppm的环应进行处理。闭合环超限处理是一项繁琐、耗时的工作，也是GPS控制网数据处理的主要内容。主要的技巧和方法可归纳为以下7项。

（1）超限基线处理过程中一些基线要重新解算，解算后会影响到相关环闭合差，所以处理需要反复进行。作为一般原则，首先处理相对闭合差较大的环，然后处理闭合差较小的环。

（2）整理归纳超限闭合环，分析是否涉及到一条共同基线，例如几组超限闭合环（GD002-GD007-A095）、（GD002-V554-A095）、(GD002-V554-A095)、(GD002-GD009-A095)...(GD002-GD009-A095)就涉及到共同基线A095-GD002，这条基线有问题的可能性就较大。

（3）处理时首先分析可能有问题的基线是否有必要，如果是连接两个不相邻的点，并且涉及到环甚多，则可以直接将不合格的基线删除。

（4）如果一个闭合差超限的环，相关基线均不能简单删除（删除后影响图形结构，减少了重要环路），应该改变基线解算参数，重新计算相关基线。方法是在网图上选中重解基线，重新设置高度角，历元间隔等设置，点击“选定基线处理设置”→“处理选定基线”。

（5）如果反复修改设置重解基线后，仍不能减小环闭合差，则可将闭合差超限环中的基线，分别于周边的基线组成闭合差，检查其闭合差。如果仅涉及到其中一条基线的环闭合差超限，则可以将这条基线删除。

（6）检查环闭合差时，可能会出现两个相同顶点的环，闭合差一个超限，一个不超限，这是因为某一条基线存在重复基线，这时可以删除超限环中的重复基线。

（7）基线解算的精度指标rms和ratio是基线解算质量的参考指标，前者是中误差，后者是方差比（ratio=rmsmax/rmsmin），rms越小，表明基线解算质量越高，ratio越大，表明整周未知数解算约可靠，所以重解基线要关注这两项指标，但这两项指标只作参考，最重要的指标还是闭合差。

4 数据分析评定

整个D级GPS控制网由12个点组成，全网共观测基线48条，参与计算的基线33条，平均设站数2，平均重复设站率100%，可靠性高。

为评价D级GPS控制网的基线观测和处理结果的质量，对测区内19个同步环闭合差、20个异步环闭合差及6条重复基线较差进行了检核。各异步环坐标分量闭合差全长闭合差重复基线较差：式中n为异步环边数，σ为标准差，a为固定误差取值10mm，b为比例误差系数，取值为5ppm，d为相邻点之间（或环）平均距离，环闭合差限差：对不合格的测站数据及时进行补测，以保证外业数据真实可靠。

表120 个异步环闭合差评定

环闭合差最大值环为：A095-GD001-GD002，基线长为3675.2米

表219 个同步环闭合差评定

环闭合差最大值为:A095-GD001-GD008，应为环线长度

表36 条复测基线较差评定

复测基线较差最大值为：GD008-GD009，基线长为3526.4米

从表1至表3及D级GPS网计算手簿中可以看出，基线解算质量优良，结果较理想。同步环全长相对闭合差，异步环坐标分量闭合差、全长闭合差，重复基线长度较差均在限差允许值之内，符合《卫星定位城市测量技术规范》CJJ/T-2010要求。均可作为基本观测量参与GPS网平差计算。

5 GPS网平差及结果分析

1.GPS网平差计算使用HDS2003数据处理软件包进行，以非同步观测的GPS基线向量作为观测值，并根据起算点坐标，采用二维严密平差方法进行平差计算。

2.网平差

（1）无约束平差:先在WGS-84地心坐标系中进行最小约束平差，平差控制参数的选择全部采用缺省值，以检测外业观测成果的内部精度和一致性。

在平差过程记录文件中，我们可以发现本次平差按比例因子加权后，经迭代运算成功，说明不存在明显粗差，经X2统计检验通过。同时所有观测值都经τ检验合格，基线向量改正数V△x、V△y、V△z均≤3σ，未出现异常，因此本网具有较高的内部符合精度，观测值中不含有明显粗差。

其中：基线向量改正数的绝对值最大的为GD001-GD009，基线长为3.8千米。

符合《卫星定位城市测量技术规范》CJJ/T-2010要求。

（2）约束平差:把当前在WGS-84的基线向量归化到2000国家大地坐标系椭球和1980西安椭球上，通过高斯正形投影方式，经坐标旋转平移得到中央子午线为114°30′的平面直角坐标成果，最终得出2000国家大地坐标系和1980西安坐标系的坐标成果。经三维约束平差后，基线向量改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差dV△x、dV△y均≤2σ。

(3）从表4统计结果来看，本次平差具有很高的可靠性，平差成果精度优良，坐标成果可靠，各项精度指标符合规范要求。

表4 GPS控制网平差后最弱点边中误差统计表

6 控制点成果在农村地籍测量工作中的应用

农村地籍测量工作，点多面广，任务重，为按时按质完成全南县地籍测量工作，充分考虑到JXCORS系统的优势，为提高工作效率，将JXCORS系统运用到农村地籍测量工作上。

此次布设的全南县首级GPS控制点点位分布均匀，且能控制整个县域范围，可将2000国家大地坐标系和1980西安坐标系两套坐标成果进行转换参数的求解。求解结果如下图6所示。

将7参数计算结果输入到仪器，通过对其他高等级点的检核，该转换参数精度能够满足规范要求。

图6 两套坐标系转换参数

7 经验及体会

1.大范围GPS首级控制网精度要求高，在布点时应认真考虑到线路走向、点位分布、控制点密度、长期保存等因素，精心设计。

2.网的布设形式的选择对GPS网观测的质量及效率有很大的影响，本次选用网模式的布网形式，每次观测都可以形成一个同步图形，整个GPS网由这些同步图形构成。在作业过程中，所有接收机的地位是对等的，没有主次之分，具有扩展速度快、图形强度高，且作业方法简单。

3.在基线解算过程中，由于基线长短不同，解算模式有区别，比如超过20km的基线不结算整周未知数，若将观测时间长短不同、基线距离不同的所有观测数据混为一组解算，会出现大量的短基线也不能解算出整周未知数的异常现象。因观测时间的长短对基线的解算精度有影响，可根据观测时间的长短不同，对GPS成果的精度要求不同，采取分组解算。

4.在数据检验中，当重复基线、同步环、异步环基线超限时，应舍弃基线后重新构成异步环，所含异步环基线数、闭合差要符合规范要求，否则应进行重测。舍弃和重测的基线应作出分析，并记录在数据检验报告中。

5.在转换参数的求解时，应充分考虑起算点分布情况，要能够控制整个测区范围，在求解的过程中，不能采用现场点校正的方法进行。结合本项目，通过计算得出12个控制点的2000国家大地坐标和1980西安坐标系的两套成果，采用软件室内求解转换参数。

［1］江西省加快推进农村集体土地确权登记发证工作领导小组办公室.江西省农村地籍调查技术规定［S］.2012.7.

［2］李征航，黄劲松.GPS测量与数据处理［M］.武汉大学出版社2010.9.

［3］CJJ/T73-2010.卫星定位城市测量技术规范［S］.2010.3.15.

［4］GB／T_18314-2009.全球定位系统(GPS)测量规范［S］. 2009.2.6.

［5］韦茂杨，雷雨.JXCORS网络RTK测量应注意的几个事项［J］.江西测绘，2011（3）：59-60.

［6］中海达测绘仪器有限公司.HDS2003数据处理软件使用手册［S］.2004.6.