地籍测量中的GPS技术探究
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摘要：地籍测量工作是一项系统、复杂而艰苦的测绘工作，同时又要保持较高的精度（厘米级）和现势性。GPS技术特别是RTK技术的出现，可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标，给地籍测量工作带来很大的方便。本文总结了GPS测量的特点，分析了GPS测量的原理和测量的模式，并重点探讨了实时动态（RTK）定位技术在地籍测量中的应用。
关键词：GPS地籍测量RTK
全球定位系统GPS作为新一代的卫星导航和定位系统，不仅具有良好的抗干扰性和保密性，而且具有全球性、全天候、连续性、实时性的精密三维导航与定位能力，能为土地测量提供精密的三维坐标、速度和时间。目前GPS系统已广泛用于地籍测量中，尤其是实时动态（RTK）定位技术在地籍测量中蕴含着巨大的技术潜力。
一、GPS测量的特点
相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下特点：
（一）测量精度高，时间短
一般双频GPS接收机基线解算精度为５mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。近几年，随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20 min左右，动态相对定位仅需几秒钟。
（二）测站间无需通视，仪器操作简便
GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。另外，GPS接收机自动化程度越来越高，操作实现智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。
（三）全球性、全天候作业
由于GPS卫星分布合理，能为用户提供连续、实时的三维位置，三维速度和时间，在地球任何地点、任何时间均可连续同步观测到4颗以上的卫星，且测站之间不需点间透视，点位位置可根据需要可稀可密，使选点工作灵活，节约大量的造标费用，并不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响，可随时进行GPS测量。
二、GPS测量原理
GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心（测站点）的三维坐标。最终计算出准确的测量数据。
（一）静态测量
就是用两台或两台以上GPS接收机同步观测，对观测值进行处理，可等到两测站间精密的WGS-84基线向量，再经过平差、坐标传递、坐标转换等工作，最终等到测点的坐标。显然静态测量不具备实时性。
（二）实时动态（RTK）定位技术
是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS技术，它是GPS测量技术发展的一个新突破，在土地测量中有广阔的应用前景。实时动态定位(RTK)系统由基准站和流动站组成，建立无线数据通讯是实时动态测量的保证，其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。在土地测量中，RTK技术可实时地测定界址点坐标，确定土地使用界限范围，计算用地面积，在土地分类及权属调查时，应用RTK技术可实时测量权属界限、土地分类修测，提高了测量速度和精度。
三、GPS测量模式地籍测量中应用RTK技术测定每一宗土地的权属界址点以及测绘地籍图，能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。将GPS获得的数据处理后直接录入成图系统，可及时地精确获得地籍图。在测量地籍时，GPS―RTK技术主要有两种方式：
（一）GPS-RTK接收机+测图软件
利用GPS―RTK接收机在野外实地测量各种地籍要素数据，经过GPS数据处理软件进行预处理，按相应的格式存储在数据文件中，同时配绘草图，供测图软件进行编辑成图。这样控制点大大减少，测量效率大大提高。但必须绘制测量草图，一些无线电死角和卫星信号死角无法采集数据，必须用全站仪进行补充。
（二）GPS-RTK接收机+全站仪+掌上电脑+测图软件
这种模式将克服集中数字测量模式的缺点，可适应任何地形环境条件和任意比例尺地籍图的测绘，实现全天候、无障碍、快速、高精度、高效的内外业一体化采集地籍信息。
四、RTK地籍碎步测量技术
与采取全站仪相比，采用RTK技术在地籍碎步测量中也具有非常突出的优势：
（一）采点速度快，因为解算速度已达到20Hz（一般用1Hz），即每秒钟就可以记录一组观测数据，所以初始化完成后单点采集的时间几乎可以忽略不计。
（二）作用范围广，减少做控制和换站的工作量。一般在沿基准站方向阻挡较少的地区，RTK作用半径可达十几公里。多台接收机可以同步工作，而且相互不影响，也无误差的积累。实践证明，在相同的时间内，一台流动站大约是一台全站仪工作效率的两倍。
（三）实现单人操作，节省劳动力。在保证基准站安全的前提下，每台流动站只需要一人。
五、GPS在地籍测量中需要注意的问题
（一）测绘点的选取
应用GPS实时动态技术进行土地测量之前，首先要完成测绘点的选取工作。选取测绘点时，要保证测绘点上空的开阔度，使对卫星进行连续跟踪时可以有更好的信号质量。测绘点上空不能存在成片的障碍物。同时测绘点的选取要远离电磁波干扰源，要保证测绘点方圆200m内不能有高压输电线以及大功率的无线电发射设施等。否则，将会导致多路径效应，影响测量精度，所以测绘点的选取也要避开高层建筑以及成片的水域。
（二）数据观测
在GPS 外业施测中，利用GPS 接收机获取 GPS卫星信号，其主要工作包括天线设置、接收机操作和测站记簿等。天线应与周围物体相隔一定的距离。天线的对中、整平和定向应符合精度要求，并应精确地测天线高。在作偏心观测时应精确测定偏心元素。天线高度偏心元素和观测中的各种情况和问题应正确记录在记录簿内。为了保证 GPS 观测的质量，在施测前应对 GPS 进行检测，并且宜在 GPS 网中加测部分电磁波测距边。
（三）基准设计
GPS网的基准设计，一般主要是指确定网的位置基准问题。确定网的位置基准，可选网中一点的坐标值并加以固定或给以适当的权，或者网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差或稳拟平差，来确定网的位置基准。这种以最小约束法进行GPS网的平差，对网的定向与尺度没有影响，平差后网的方向和尺度以及网的相对精度都是相同的，但网的位置及点位精度却不相同。在网中选若干点的坐标值并加以固定，或者选网中若干点的坐标值并加以固定，或者选网中若干点的坐标值并给以适当的权，在确定网的位置基准的同时，将对GPS网的方向和尺度产生影响，其影响程度与约束条件的多少及所取观测值的精度有关。
（四）GPS控制网平差
在建立GPS控制网时，根据地区的特点和需要，建立该地区的坐标系统，或采用该地区原有的坐标系统。为此，常常以已有的地面已知点作为起算点。因此，在GPS网平差时，应考虑GPS坐标系统与地面参考坐标系统的尺度和方位的转换关系。
六、结语
GPS 卫星定位技术的迅速发展，给测绘工作带来了革命性的变化，也对地籍测量工作，特别是地籍控制测量工作带来了巨大的影响。应用GPS进行地籍控制测量，点与点之间不要求互相通视，这样避免了常规地藉测量控制时，控制点位选取的局限条件，并且布设成GPS网状结构对GPS网精度的影响也甚小。总之，GPSRTK测量技术完全可以满足土地测量的需要，使测量精度达到规范要求。各测量点间不需要通视，不仅快速、方便、不受地形限制，而且还省时、省力、提高了工作效率；基站和移动站间作用距离可达到10km以上，保证了移动站所测各点几乎具有同等的精度，避免了全站仪测量中因不通视而频繁转站带来的误差积累。
参考文献：
1. 马万松：《GPS在地籍测量中的应用》，《建筑》，2011年18期。
2. 王永萍，刘树伟，吴博文：《GPS-RTK测量中的应用》，《山西建筑》，2008年第34期。
3. 徐绍铨，张华海，杨志强：《GPS测量原理及应用》，武汉：武汉大学出版社，1998版。
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