基于GPS技术的地籍测量研究

韦庆礼

（山东正元地球物理信息技术有限公司，山东济南 250101）

地籍测量是实现科学管理土地资源目标的重要依据之一，测量中获取信息的准确性、真实性、全面性，直接影响各地区土地资源的开发与利用以及土地管理工作的正确性。测量技术是决定地籍测量准确性与真实性的重要因素之一，近年来，科技水平大幅度提升，地籍测量技术体系有了新的调整与优化，GPS技术的应用有效弥补了人工测量误差、时效性差、效率慢等弊端，帮助地籍测量高效、便捷地获取土地资源信息。为实现充分发挥GPS技术的优势与价值，关于其在地籍测量中的研究具有重要现实意义。

1 地籍测量中GPS技术原理

GPS技术指卫星导航设备，主要在导航通信领域应用。GPS技术的实际应用周期仅10年左右，目前，GPS国际协会已统计出GPS的117种不同类型的应用。分析地籍测量领域中GPS技术的应用原理，主要体现在四个层面。

1.1 定位原理

GPS定位原理本质上是到达时间原理，在地面控制站或通过定位卫星选择已具有明确坐标信息的设备向接收端发送信号，计算发出至接收信号中信号传输所需时间，计算出发出端与接收端的直线距离，可通过已知信号位置列出方程，联立方程组获取待测目标土地的空间三维坐标。再计算出空间坐标，即利用GPS技术获取大地坐标体系，从定位卫生发出信号开始计时，到测量设备接收发送信号所需时间，为测量目标土地与定位卫星之间的直线距离。将卫星作为中心，获取的直线距离作为半径，直到第二颗卫星发送同样信号，两个卫星圆心处于同一直线上，则可解出待测目标三维空间直角坐标[1]。

1.2 速度确定原理

GPS技术中可利用已完成的测定目标表示三维速度，技术系统中所采用的载波相位在使用中产生多普勒效应，导致信号存在误差，目标测量过程中需要进行速度修正，确保速度值的准确性[2]。多扑勒效应指测量目标与卫星之间产生相对运动，导致信号传输中出现频率波动，通过数学模型模拟可以发现，多普勒效应中噪声、反射等因素都将对信号频率造成影响，能够减小测量值误差，用以确定三维速度，准确性更高[3]。

1.3 大地坐标确定原理

大地坐标确定分两步进行，一是构建WGS-84大地坐标系，二是求解坐标。在WGS-84大地坐标系构建中，需要以标准地球模型为基础，将地球中心作为坐标系椭球体中心，x轴为零本初子午线所在平面且为其与赤道焦点、y轴与x轴、z轴垂直，z轴为协议地球极所在直线侧，构建模型后计算：

在WGS-84参考面基础上形成了椭球面，构建ECF坐标进行定位，获得大地坐标，测量过程中将接收机位置参数转化成ECF 坐标系向量，即u=(xu,yu,zu)。

仅考虑测量点与z轴所形成平面坐标，其夹角则是测量点维度λ，可得：

最终在测量图上反馈出测量目标的实际距离、实际高度等数据，但测量地区为平面、参考坐标为椭球，之间存在误差，需要分别计算大地维度在赤道平面投影以及椭球面法线在赤道的投影。

1.4 经纬度距离确定原理

地球为不规则体，近似于椭球，测绘过程中地面两点间距离的测量存在极大难度，通常采用近似法，确保误差在规定范围内即可。因此，地籍测量过程中经纬度确定利用直线距离代替。在已知两个测量点坐标情况下，经公式L=παR将经纬度圈弧长计算出来，再配合空间两点间距离法算出准确的经纬距离[4]。

2 地籍测量中GPS技术分析

2.1 平面控制策略技术

平面测量是基于GPS技术展开地籍测量的第一步。

（1）根据地籍测量准点的相关要求，误差需要控制在规定范围内，且可在测量中设置合适的加密控制网点，在卫星定位技术支持下实现仅供地籍测量的控制网络，方便日后测量工作的开展，但需要准确计算网络中各项坐标，录入地籍管理系统。

（2）测量后将坐标转换为参数，提前做好动态测量的相关准备工作。

（3）考虑测量过程中信号以无线电方式传输，应在测量目标范围内制高点位置架设电台，并确保四周空间开阔，减少遮挡物。

（4）测量过程中需要选择合适的挤占位置，架设信号接收机，完成设备架设后，做好检查，并录入测量所需参数，以便接收信号后及时进行校正[5]。

（5）完成测量后及时将数据信心传回处理中心，实现自动化、智能化数据处理。

2.2 地籍碎部测量技术

传统测量模式下，地籍碎部主要由外业实地测量完成，具有较大误差，基于GPS、卫星定位技术、网络技术展开测量，通过静态模式在碎部土地设置导线可快速完成测量。如果碎部地籍中的已知点遭到破坏，应观测15 min以上，并加密导线，确保布网充足、均匀[6]。测量主要采用全站仪极坐标法，但考虑测量中界址点为孤立状态，缺少检核条件，因此界址点测量至少反复进行2次。采用GPS技术进行地籍碎部测量，具有明显优势。

（1）误差小。

50 km范围内相对误差可控制在10-6、150 km范围内相对误差可控在10-7、1 000 km范围内相对误差可控制在10-9，高精度测量过程中，误差可控制在±1 mm内。

（2）效率高。

20 km内测量耗时小于18 min；测量点距离相对缩短，可在3 min内确定坐标，采用动态观测法单点定位时间也可控制在8 min内。

（3）操作便捷。

可极大减少人为因素的干扰，且测量设备逐渐集成化，体积小、便于控制，方便工作人员按照规程要求进行操作。

（4）无通视限制。

实现测点间无障碍目视是使用TS的基础条件，但在GPS技术中则无特殊要求，完成测点空间确定后，可确保信号顺利传输。

（5）作业条件束缚少。

GPS技术使用过程中对天气、周围环境的要求较少[7]。

2.3 RTK技术

RTK技术即载波相位动态实时差分技术，是弥补GPS技术效率低、资源消耗高、信息采集与内页解算环节脱节等缺陷的重要技术，其通过卫星定位对距离数据进行采集，可将误差控制在厘米范围内，且测量点间存在物体也不会对测量结果造成影响。在测量过程中，需要在固定坐标处构建中心站，测量中涉及的所有信号接收设备均与中心站进行实时联系，以便中心站获取实时测量的坐标信息，分辨反馈到中心站信息的可靠性，通常2 s即可完成一次更新，按照预设参数要求，中心站完成采集信息转化后自动存储，传回坐标结果及测量精度情况，误差满足要求后展开下一测量点测量。具体应用中，20 km内可将水平定位误差控制在±30 mm范围内，满足国家规定标准；2 s内延迟可忽略不计，相当于数据的实施传递；可用于河湖等海域地貌测量[8]。

GPS、RTK与网络技术间的联合形成了网络RTK，即不间断的卫星定位信号系统，是传统RTK技术的升级，拓展了卫星定位技术的应用范畴，也使地籍测量信息更高效。

3 基于GPS技术的地籍测量方案

文章以GPS网络RTK技术为例，探究地籍测量方案的设计，引入具体的区域地籍测量案例，研究GPS技术的应用。

某地区位于我国东部沿海，随着港口贸易兴起，人员流入量增加，为该区域的城市发展和城市扩建注入了力量，导致地籍信息频繁变化。由于地区东北地势偏低、西南海拔偏高，且背部地区存在大量水洼、土堆，采用传统技术进行地籍测量缺少良好的通视条件，测量效率低、精度差，因此采用GPS技术进行1∶500地籍测绘。

待测区域约26 m2，经纬度（117°2′E，38°20′N），平均高程为5 m，本初子午线经117°。设计地籍测量方案分为两个阶段进行，第一阶段采用6台GPS接收机进行待测区域观测，观测时间为50 min，分别进行观测前、观测中、观测后仪器高度变化统计；第二阶段通过观测确定合适设置接收装置位置，安装6台接收装置，测量采取边连方式，按照该规则完成所有点位测量。

卫星高度角采取静态观测法、有效观测卫星数采取静态观测法、平均重复测站数采取静态观测法、时段长度采取静态观测法、数据采样间隔采取静态观测法。根据测量标准以及国家规程，水平误差控制在5 mm±10-6，高度误差控制在1 cm±10-6，控制点共16个，控制点间最近距离为0.6 km、最长距离为2.1 km。

RTK测量过程中采用3台Trimble装置，设置于视野相对开阔位置，注意远离信号干扰源，16：00～18：00时段为卫星分布最为均衡时段，能够确保测量过程中获得稳定信号，建议该时段展开RTK测量。

4 结语

综上所述，GPS技术对于现代地籍测量工作的价值不可估量，且随着GPS技术水平的提升，其拥有越来越广阔的空间。通过对基于GPS技术的地籍测量进行研究，了解如何应用GPS展开地籍测量，希望行业充分认识该项技术的优势与使用价值，积极推广，为我国土地管理提供更精准的数据信息。