GPS技術(shù)在沛縣城鎮(zhèn)土地調(diào)查中的應(yīng)用＊

李萬森

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪勘查院,甘肅蘭州 730060)

GPS技術(shù)在沛縣城鎮(zhèn)土地調(diào)查中的應(yīng)用＊

李萬森

(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測繪勘查院,甘肅蘭州 730060)

結(jié)合沛縣城鎮(zhèn)土地調(diào)查項(xiàng)目,詳細(xì)敘述了GPS靜態(tài)定位技術(shù)在該項(xiàng)目地籍測量控制網(wǎng)中的應(yīng)用,通過對(duì)精度的統(tǒng)計(jì)和分析,說明控制網(wǎng)的建立是成功的,并根據(jù)精度儲(chǔ)備情況,建議對(duì)GPS外業(yè)觀測技術(shù)指標(biāo)做適當(dāng)調(diào)整,從而使GPS技術(shù)發(fā)揮更大的作用。

城鎮(zhèn)土地調(diào)查;GPS技術(shù);地籍控制網(wǎng);基線解算;平差;精度;誤差

0 引言

城鎮(zhèn)土地調(diào)查是全國第二次土地調(diào)查的一項(xiàng)主要內(nèi)容,通過城鎮(zhèn)土地調(diào)查,掌握調(diào)查區(qū)域內(nèi)每宗土地的權(quán)屬、位置、界線、面積、用途、利用狀況等,建立土地利用數(shù)據(jù)庫和地籍信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)調(diào)查信息的互聯(lián)共享,滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、土地宏觀調(diào)控及國土資源管理。高精度的地籍測量控制成果是城鎮(zhèn)土地調(diào)查結(jié)果的質(zhì)量基礎(chǔ),現(xiàn)就GPS技術(shù)在建立沛縣地籍測量控制網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 測區(qū)概況

測區(qū)位于沛縣新城區(qū),其中心地理坐標(biāo)為東經(jīng) 116°55′,北緯 34°46′。首級(jí)控制面積50 km2,測繪1∶500數(shù)字化地籍圖面積40 km2。測區(qū)地勢(shì)平坦,地面標(biāo)高在 34～39 m之間。

1.1 已有成果的利用情況

測區(qū)內(nèi)有江蘇省 C級(jí)GPS控制點(diǎn) 1個(gè),點(diǎn)號(hào)為 C5091;沛縣D級(jí)GPS控制點(diǎn) 6個(gè) ,點(diǎn)號(hào)分別為 D005、D008、D009、D015、D077、D078。以上 7個(gè)已知點(diǎn)經(jīng)實(shí)地踏勘,點(diǎn)位完好,可作為本測區(qū) E級(jí)GPS控制網(wǎng)測量的起算點(diǎn),但由于 D077和 D078兩點(diǎn)較近,因此 D077點(diǎn)不作為起算點(diǎn),僅作為檢測點(diǎn)使用。

1.2 坐標(biāo)系統(tǒng)

坐標(biāo)系統(tǒng):采用“1980西安坐標(biāo)系”;高程系統(tǒng):采用“1985國家高程基準(zhǔn)”;投影方式:高斯 -克呂格投影,中央子午線為 117°。

2 作業(yè)依據(jù)與設(shè)備

2.1 作業(yè)依據(jù)

作業(yè)依據(jù)有:

1)GB/T18314-2009《全球定位系統(tǒng) (GPS)測量規(guī)范》;

2)CJJ73-97《全球定位系統(tǒng) (GPS)城市測量技術(shù)規(guī)程》;

3)CH5002-94《地籍測繪規(guī)范》;

4)《沛縣第二次城鎮(zhèn)土地調(diào)查技術(shù)設(shè)計(jì)書》。

2.2 作業(yè)設(shè)備

阿斯泰克GPS單頻接收機(jī) 4臺(tái)套。GPS接收機(jī)通過江蘇省技術(shù)監(jiān)督局定位儀計(jì)量站的全面檢驗(yàn),性能及精度指標(biāo)符合儀器標(biāo)稱精度。

3 E級(jí)GPS控制網(wǎng)的布設(shè)及觀測

3.1 布網(wǎng)方案

在江蘇 C級(jí)GPS、沛縣 D級(jí)GPS控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上,布設(shè)本測區(qū)的 E級(jí)GPS控制網(wǎng),以滿足沛縣遠(yuǎn)景發(fā)展及本項(xiàng)目地籍測量和日常變更的需要。GPS控制網(wǎng)以同步環(huán)為基本單元,采用邊點(diǎn)混連接的方式布網(wǎng),控制網(wǎng)中最長邊為1.5 km,最短邊為0.2 km,平均邊長為0.62 km。整個(gè)網(wǎng)形由 7個(gè)已知點(diǎn)和 178個(gè)待定點(diǎn)構(gòu)成。

3.2 選點(diǎn)與埋石

在測區(qū)內(nèi)共布設(shè)了 178個(gè) E級(jí)GPS點(diǎn),其點(diǎn)位分布合理,密度均勻。根據(jù)GPS測量規(guī)范中有關(guān)選點(diǎn)要求,首先充分利用原有控制點(diǎn)點(diǎn)位標(biāo)石,其次沿著道路、街道、河堤等地方布設(shè)新點(diǎn),新設(shè)各點(diǎn)均為現(xiàn)場實(shí)地澆灌,水泥路面上則使用機(jī)器鉆孔、鑲嵌澆灌的方法。每個(gè)點(diǎn)位均做到了穩(wěn)固可靠,方便使用,可長期保存。

3.3 GPS網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)

沛縣 E級(jí)GPS網(wǎng)圖形的主要技術(shù)指標(biāo),如表 1所示[1]。

表1 沛縣E級(jí)GPS網(wǎng)圖形主要指標(biāo)Tab.1 E-class GPS netmain index of Peixian

3.4 GPS外業(yè)數(shù)據(jù)采集

3.4.1 儀器性能

本次GPS控制網(wǎng)使用 4臺(tái)高精度的大地型 Ashtech Locus單頻GPS接收機(jī)以靜態(tài)定位方式進(jìn)行同步觀測。該機(jī)具有 12個(gè)通道、測量相量為 L1載波相位,其內(nèi)存為4 MB,按15 s間隔平均跟蹤 6顆衛(wèi)星可存貯95 h的數(shù)據(jù),其水平標(biāo)稱精度:±(5 mm+1×10-6·D),高程標(biāo)稱精度為 ±(10 mm+1×10-6·D)。其中,D為所測距離,單位為 km。

3.4.2 E級(jí)GPS測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)規(guī)定

E級(jí)GPS測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)規(guī)定,如表 2所示[1]。

表2 E級(jí)GPS測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)規(guī)定Tab.2 E-classGPS data acquisition requirements

3.4.3 作業(yè)過程

作業(yè)過程如下:

1)天線安置:嚴(yán)格對(duì)中、整平,天線固定標(biāo)志大致朝北。認(rèn)真填寫外業(yè)記錄,包括測量員、接收機(jī)編號(hào)、點(diǎn)名、點(diǎn)號(hào)、觀測日期、觀測起止時(shí)間、天線高等。

2)量取儀器高:測前、測后在 3個(gè)方向上各量取 1次儀器高,互差小于3 mm。取 3個(gè)方向的均值作為測前和測后的儀器高,然后再取測前測后的平均值作為最終結(jié)果。

3)觀測:在完全滿足數(shù)據(jù)采集技術(shù)規(guī)定下進(jìn)行觀測,本網(wǎng)最大設(shè)站次數(shù)為 5,最小為 1,平均重復(fù)設(shè)站次數(shù)為 1.96,附合規(guī)范大于 1.6要求[1]。重復(fù)測量基線數(shù)為 176條,達(dá)到 22.68%;遠(yuǎn)超過 5%的要求[1]。

4)測站間聯(lián)系:根據(jù)觀測調(diào)度表,采用對(duì)講機(jī)聯(lián)系,同時(shí)開關(guān)機(jī),當(dāng)接收機(jī)開始記錄數(shù)據(jù)后,觀測者應(yīng)隨時(shí)觀察衛(wèi)星數(shù)、記錄情況、電池電量和精度指示燈,各測站在精度指示燈都亮兩下之后且時(shí)間不少于45 min時(shí)才能結(jié)束觀測。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 GPS基線向量的解算及檢核

4.1.1 基線解算

GPS基線向量的計(jì)算采用 Ashtech Locus隨機(jī)商用軟件進(jìn)行基線解算和數(shù)據(jù)處理?；€解算采用符合要求的雙差固定解作為基線解算的最終結(jié)果,起算點(diǎn)坐標(biāo)采用 D005點(diǎn)的已有WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)。解算模式采用選擇獨(dú)立基線按多基線處理模式統(tǒng)一解算,部分基線采用了單基線模式解算。本網(wǎng)共觀測了 512個(gè)同步環(huán)、30個(gè)異步環(huán),有 776條基線。

4.1.2 外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù) CJJ73-97《全球定位系統(tǒng) (GPS)城市測量技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,E級(jí)GPS控制網(wǎng):

1)同步環(huán)坐標(biāo)分量相對(duì)閉合差和環(huán)線全長相對(duì)閉合差分別不超過 9×10-6·D和 15×10-6·D[2];2)異步環(huán)坐標(biāo)增量閉合差的限差為[2]:

異步環(huán)閉合差的限差[2]:

式中:n為閉合環(huán)中的邊數(shù);σ為GPS網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)差 (按平均邊長計(jì)算);W為環(huán)閉合差。

3)復(fù)測基線的長度較差,不宜超過下式的規(guī)定[2]:

4.1.3 同步環(huán)、異步環(huán)基線向量的檢驗(yàn)

GPS控制網(wǎng)同步環(huán)環(huán)線全長相對(duì)閉合差統(tǒng)計(jì),如表 3所示[2]。

表3 同步環(huán)環(huán)線全長相對(duì)閉合差統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistics of relative closure error of total route length of synchronous loop

GPS控制網(wǎng)異步環(huán)環(huán)線全長相對(duì)閉合差統(tǒng)計(jì),如表 4所示[2]。

表4 異步環(huán)環(huán)線全長相對(duì)閉合差統(tǒng)計(jì)表Tab.4 Statistics of relative error of closure of total route length of non-synchronous loop

4.1.4 復(fù)測基線長度較差的檢驗(yàn)

全網(wǎng)共測基線 776條,復(fù)測基線 176條,復(fù)測基線超過限差的有 27條,合格率達(dá) 85%。參加平差計(jì)算的基線邊為 721條,數(shù)據(jù)采用率達(dá) 92.9%,遠(yuǎn)大于規(guī)程規(guī)定的 80%之要求[2]。全網(wǎng)共剔除精度較差的基線 55(1+27×2=55)條,其剔除率為7.1%,小于規(guī)程規(guī)定 10%[1]的要求。本網(wǎng)的復(fù)測基線邊長較差統(tǒng)計(jì),如表 5所示。

邊長較差 /mm 0～10 11～20 21～25 26～30 31～40 >40 合計(jì)

表5 復(fù)測基線邊長較差統(tǒng)計(jì)表Tab.5 Statistics of side-length compared error of repetition-measure baseline

由表 3、表 4、表 5可知,同步環(huán)、異步環(huán)及復(fù)測基線的觀測質(zhì)量均可靠,精度較好。

4.2 補(bǔ)測與重測

1)通過對(duì)基線進(jìn)行整體解算、檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有 10個(gè)大于等于4條邊的異步環(huán)超限,為了提高整網(wǎng)的相對(duì)精度,對(duì)這 10個(gè)異步環(huán)進(jìn)行了補(bǔ)測,使原設(shè)計(jì)的 120個(gè)時(shí)段增加到 130個(gè)時(shí)段,同時(shí)使異步環(huán)的最大邊數(shù)由原來的 8條降為 6條。

2)重測了兩個(gè)時(shí)段:19時(shí)段重測,其原因是點(diǎn)位不符合GPS測量要求,4個(gè)點(diǎn)周圍均有較強(qiáng)的磁場;63時(shí)段重測,其原因是在 2個(gè)點(diǎn)上儀器只記錄了3 min的數(shù)據(jù)。

4.3 GPS網(wǎng)的平差計(jì)算

4.3.1 無約束平差

當(dāng)各項(xiàng)質(zhì)量檢驗(yàn)合格后,以 D005點(diǎn)的 WGS-84坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)作為起算依據(jù),以符合各項(xiàng)質(zhì)量檢驗(yàn)要求的獨(dú)立基線組成的閉合圖形和三維基線向量及其相應(yīng)的方差協(xié)方差陣作為觀測信息,進(jìn)行GPS網(wǎng)的無約束平差。共有 721條基線參加了無約束平差,基線向量的改正數(shù)絕對(duì)值超限的有 13條 (已全部被剔除),最后參加無約束平差計(jì)算的基線為 708條,占總基線的 91.24%。

4.3.2 約束平差

選取 6個(gè)已知點(diǎn) (5019、D005、D008、D009、D015、D0078)的平面坐標(biāo)和 4個(gè)已知點(diǎn) (D005、D008、D009、D015)的高程 ,作為強(qiáng)制約束的固定值和三維約束平差的起算數(shù)據(jù)。

在約束平差中,基線向量的改正數(shù)與剔除粗差后的無約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)的較差應(yīng)符合下式規(guī)定[1]:

本網(wǎng)所選用的 6個(gè)已知點(diǎn)均能夠滿足精度要求,約束平差全部通過。

4.3.3 約束平差后的精度統(tǒng)計(jì)及分析

三維約束平差后對(duì)點(diǎn)位精度和邊長相對(duì)精度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下:

1)點(diǎn)位精度,如表 6所示。

表6 點(diǎn)位精度統(tǒng)計(jì)表Tab.6 Positional accuracy statistics

由表 6可知:最大點(diǎn)位誤差,X方向上為8 mm,Y方向上為6 mm,其點(diǎn)位中誤差為1 cm,遠(yuǎn)小于規(guī)范5 cm的要求[1]。另外,D077點(diǎn)為 D級(jí)點(diǎn),作為檢測點(diǎn)之用,成果比較見表 7。

表7 檢測點(diǎn)成果比較表Tab.7 Comparison table of check-point results

本次測量解算的成果與已知成果相比,其平面點(diǎn)位誤差為5.8 mm,說明成果是很可靠的。

2)邊長相對(duì)精度,如表 8所示。

表8 邊長相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)表Tab.8 Statistics of relative precision of the side-length

由網(wǎng)平差相對(duì)精度可知,最弱邊邊長為196.502 m,小于200 m,其邊長誤差為6 mm,水平相對(duì)中誤差為 1/32 237,垂直相對(duì)精度為 1/19 650。規(guī)程規(guī)定 E級(jí)GPS網(wǎng)的最弱邊相對(duì)中誤差為 1/20 000,當(dāng)邊長小于200 m時(shí),邊長中誤差應(yīng)小于20 mm。由此可以看出,本網(wǎng)最弱邊的相對(duì)中誤差遠(yuǎn)高于規(guī)程規(guī)定[1,2]。

5 結(jié)束語

通過對(duì)沛縣 E級(jí)GPS地籍測量控制網(wǎng)的建立,筆者得出如下結(jié)論:

1)對(duì)沛縣 E級(jí)GPS地籍測量控制網(wǎng)中 120條邊,經(jīng)過光電測距邊長比測檢驗(yàn)(所測邊長經(jīng)各項(xiàng)改正及投影歸算后),證明質(zhì)量可靠,說明該GPS網(wǎng)的建立是成功的。

2)運(yùn)用GPS技術(shù)布設(shè)地籍測量控制網(wǎng),不僅能夠獲得高精度的三維數(shù)據(jù),而且總體點(diǎn)位精度分布也較均勻,與同級(jí)光電測距導(dǎo)線網(wǎng)相比,GPS建網(wǎng)更具機(jī)動(dòng)性和靈活性,同時(shí)省時(shí)省力,費(fèi)用極大減少。

3)GPS網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差后,其最大點(diǎn)位中誤差為10 mm,其最弱邊相對(duì)中誤差為 1/32 237,遠(yuǎn)高于 E級(jí)GPS控制網(wǎng)的精度要求。說明對(duì) E級(jí)或 E級(jí)以下工程控制網(wǎng)建設(shè),應(yīng)根據(jù)所用GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度,建議對(duì)外業(yè)觀測技術(shù)指標(biāo)做適當(dāng)調(diào)整,才能達(dá)到事半功倍的效果。

[1]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督總局.GB/T 18314—2009,全球定位系統(tǒng) (GPS)測量規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版,2009.

[2]中華人民共和國建設(shè)部.CJJ73-97,全球定位系統(tǒng) (GPS)城市測量技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社出版,1997.

[3]孔祥元,郭際明,劉宗泉.大地測量學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2001.

[4]趙長勝.GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M].北京:教育科學(xué)出版社,2001.

Application ofGPS Technology in Town Land Investigation of Peixian

LI Wan-sen
(Surveying and Mapping Prospecting Institute,the Development Bureau of Geology and Mineral Prospecting of Gansu Province,Lanzhou Gansu 730060,China)

Inquire into a project combingwith town land in Peixian,the static positioning technology having narratedGPS in detail is owing to land ownership application in measuring the control ne twork,count and analyze through checking various accuracy,this paper explain that control network establishment is successful,according to accuracy,the field suggesting that theGPS observes the technology index makes appropriate adjustment,makesGPS technology to bring into play bigger role in the fields.

town land investigation;GPS technology;cadastral control network;base line resolving;adjustment;precision;error

P 228.4;P 272

B

1007-9394(2010)02-0019-04

2010-01-25

李萬森 (1964～),男,甘肅定西人,工程師,現(xiàn)主要從事測繪工程技術(shù)的應(yīng)用和質(zhì)量管理工作。