高精度手持GPS在農(nóng)村土地確權(quán)發(fā)證中的應(yīng)用

（河南城建學(xué)院測(cè)繪工程學(xué)院，河南 平頂山 467036）

高精度手持GPS在農(nóng)村土地確權(quán)發(fā)證中的應(yīng)用

潘傳姣

（河南城建學(xué)院測(cè)繪工程學(xué)院，河南 平頂山 467036）

本文闡述了在農(nóng)村集體土地確權(quán)發(fā)證工作中，高精度手持GPS用于測(cè)定界址點(diǎn)坐標(biāo)的方法和注意事項(xiàng)，并用試驗(yàn)論證了手持GPS的測(cè)量穩(wěn)定性。

手持GPS；農(nóng)村土地確權(quán)；精度；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；穩(wěn)定性

十八大之后，加快推進(jìn)中國(guó)農(nóng)村的城鎮(zhèn)化再次成為媒體的熱門話題。2014年1月下發(fā)的中央一號(hào)文件提出，全面開展農(nóng)村土地確權(quán)登記頒證工作。農(nóng)村土地確權(quán)是農(nóng)村城鎮(zhèn)化的基礎(chǔ)工程，它對(duì)于城鎮(zhèn)化建設(shè)以及農(nóng)民切身利益來(lái)說(shuō)都有十分重要的意義。

土地測(cè)繪是確權(quán)工作的重要一環(huán)。農(nóng)村集體所有權(quán)土地測(cè)繪，主要是以現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、精度較高、比例尺1:10000的第二次全國(guó)土地調(diào)查影像圖或1:2000航拍影像圖為底圖，各級(jí)界線進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指界，并在正射影像圖上標(biāo)繪和調(diào)查注記。界址點(diǎn)坐標(biāo)在調(diào)查底圖上用計(jì)算機(jī)量取為主，在難以判斷確認(rèn)的地方可用全站儀或RTK進(jìn)行測(cè)量。近年來(lái)，手持GPS以操作簡(jiǎn)便、儀器體積小、便于攜帶等特點(diǎn)，越來(lái)越多地被嘗試用于土地利用、土地治理、土地確權(quán)等工作中。一些省份在《農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)實(shí)施細(xì)則》中已明確允許使用亞米級(jí)手持GPS測(cè)定界址點(diǎn)坐標(biāo)。所以，探討總結(jié)手持GPS定位中應(yīng)該注意的若干問(wèn)題，顯得尤為必要。

1 手持機(jī)的選擇及其精度

目前，手持GPS接收機(jī)一般有低精度和高精度之分，精度從米級(jí)，到亞米級(jí)，再到手持RTK式的厘米級(jí)別。定位系統(tǒng)也逐漸的由單星GPS系統(tǒng)向雙星、多星發(fā)展。尤其是在中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式運(yùn)營(yíng)以后，國(guó)內(nèi)的多家測(cè)量行業(yè)均投入到北斗系列產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中，推出多款雙星（GPS+COMPASS、GPS+GLONASS、GPS+COMPASS+GLONASS）的GPS接收機(jī)。

為提高現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)定位精度，高精度手持GPS目前主要使用兩種差分技術(shù)方案：

（1）單機(jī)作業(yè)：廣域差分SBAS（精度：1m）廣域差分系統(tǒng)（Space Based Augmentation System，簡(jiǎn)稱SBAS）是利用地球靜止軌道衛(wèi)星建立的地區(qū)性廣域差分增強(qiáng)系統(tǒng)，它配合地面站臺(tái)以提供GPS校正訊號(hào)，讓我們得到更準(zhǔn)確的定位。通過(guò)差分技術(shù)，可取得亞米級(jí)的高精度坐標(biāo)數(shù)據(jù)，而且不必購(gòu)買額外的設(shè)備或支付任何的費(fèi)用。

（2）單基站、城市CORS：偽距差分（精度：0.5m）

這要求手持GPS內(nèi)置GPRS模塊，可以登錄網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器?，F(xiàn)在的大部分城市都已經(jīng)有了CORS系統(tǒng)，只需取得用戶名、密碼即可使用當(dāng)?shù)谻ORS，獲取高精度的定位數(shù)據(jù)。若城市無(wú)CORS系統(tǒng)，一些有實(shí)力的測(cè)繪儀器公司也建成一定規(guī)模的CORS系統(tǒng)供用戶免費(fèi)使用?；蛘呖勺灾骷茉O(shè)基站，利用測(cè)繪儀器公司免費(fèi)服務(wù)器向流動(dòng)站的手持GPS傳遞差分信號(hào)，同樣獲取高精度定位數(shù)據(jù)。

對(duì)于農(nóng)村土地確權(quán)工作，亞米級(jí)手持GPS完全可以滿足測(cè)量定位要求。一般定位模式中采用衛(wèi)星區(qū)域增強(qiáng)系統(tǒng)SBAS中的日本增強(qiáng)系統(tǒng)MSAS，因?yàn)樵撓到y(tǒng)能覆蓋全亞洲，適合我國(guó)使用。中國(guó)MSAS衛(wèi)星編號(hào)是 129、137。

2 手持GPS使用中的若干問(wèn)題

2.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定

手持GPS直接獲取的是界址點(diǎn)的WGS-84大地坐標(biāo)，而本輪確權(quán)工作一般要求平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用“1980西安坐標(biāo)系”。 此時(shí)就需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算，并應(yīng)用此參數(shù)錄入手持機(jī)參數(shù)計(jì)算模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)外業(yè)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)投影，現(xiàn)場(chǎng)獲取西安80坐標(biāo)。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型有嚴(yán)密的布爾莎七參數(shù)，即兩橢球之間在空間向量上的平移、旋轉(zhuǎn)、尺度參數(shù)（Dx、Dy、Dz、Wx、Wy、Wz、K），且旋轉(zhuǎn)量要很小，是一種比較嚴(yán)密的轉(zhuǎn)換模型，需要三個(gè)點(diǎn)才能進(jìn)行解算。也可選用近似七參數(shù)（即三參數(shù)，Dx、Dy、Dz，K默認(rèn)為1），只有空間向量上的平移參數(shù)，是一種精度較低的轉(zhuǎn)換，一個(gè)已知點(diǎn)即可求解，但實(shí)際最好用至少三個(gè)已知點(diǎn)，以提高精度。

若想獲取高精度的80坐標(biāo)，坐標(biāo)系統(tǒng)參數(shù)要求必須準(zhǔn)確，否則誤差累積后，有可能得到不正確的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)。所以，對(duì)于已知點(diǎn)的測(cè)量，建議用戶使用靜態(tài)GPS或RTK測(cè)量，不建議使用手持機(jī)采集求解參數(shù)。

具體轉(zhuǎn)換時(shí)，將已知點(diǎn)測(cè)量結(jié)果經(jīng)GPS后處理軟件解算，得到點(diǎn)位WGS-84空間直角坐標(biāo)，用此坐標(biāo)減去該已知點(diǎn)的西安80坐標(biāo)系三維直角坐標(biāo)，就可得到一組Dx、Dy、Dz。為避免錯(cuò)誤和觀測(cè)異常，至少要有三組Dx、Dy、Dz，并取其平均值作為轉(zhuǎn)換參數(shù)值。將該值反號(hào)置入手持GPS即可。手持機(jī)中另外還需錄入兩個(gè)參數(shù)Da、Df，均為常數(shù)，其中Da=-3m，Df=0.00000000250m。

2.2 實(shí)測(cè)方法

界址點(diǎn)測(cè)量可使用“點(diǎn)狀地物采集”功能。將手持機(jī)放置于界址點(diǎn)標(biāo)志中心，點(diǎn)擊屏幕“測(cè)量”功能鍵，顯示測(cè)量坐標(biāo)，將其存儲(chǔ)在GPS機(jī)上。

若需測(cè)量宗地面積，手持機(jī)具有“面狀地物采集”功能。首先應(yīng)該以該宗地某一界址點(diǎn)作為測(cè)量的起始點(diǎn)開始存點(diǎn)，然后沿宗地界址線行進(jìn)，每一個(gè)界址點(diǎn)都存點(diǎn)，直到重新回到起點(diǎn)，形成封閉多邊形。此時(shí)使用手持機(jī)軟件的“量算長(zhǎng)度面積”功能，計(jì)算閉合面積。有實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)面積在50hm2以上時(shí)，GPS測(cè)量精度為±8%左右，在100hm2以上時(shí)，測(cè)量精度為±5%左右。目前，各省確權(quán)時(shí)計(jì)算面積的方法仍主要采用傳統(tǒng)的幾何要素法和坐標(biāo)解析法。

2.3 數(shù)據(jù)導(dǎo)出與使用

采集完成后，可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出查看與統(tǒng)計(jì)。使用USB數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)從儀器中拷貝到計(jì)算機(jī)上。手持機(jī)供應(yīng)商均提供可供使用的電腦桌面軟件，該軟件除具有查詢、編輯、修改等功能，還可根據(jù)用戶需求將手持機(jī)測(cè)量的數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為用戶需要的數(shù)據(jù)格式，方便與其它GIS專業(yè)軟件的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)縫連接。目前通常支持的格式為：ESRI

Shapefile、AutoCAD DXF、MapInfo MIF、Excel CSV、TXT格式等。

2.4 手持GPS定位精度穩(wěn)定性試驗(yàn)

雖然通過(guò)差分技術(shù)，手持GPS的精度達(dá)到了亞米級(jí)，甚至更高，但測(cè)量定位的穩(wěn)定性如何？工作中如何操作能夠提升其精度？本文采用中海達(dá)QStar5亞米級(jí)手持機(jī)作了如下實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

（1）選擇合適觀測(cè)時(shí)間和重復(fù)觀測(cè)次數(shù)的試驗(yàn)

試驗(yàn)一選取凈空情況不同的2個(gè)已知點(diǎn)，點(diǎn)1地處平原，上空開闊；點(diǎn)2位于山區(qū)林地。從0s開始，每10s采集一次點(diǎn)位坐標(biāo)，每點(diǎn)連續(xù)采集10次，計(jì)時(shí)共90s。將10次采集的點(diǎn)位坐標(biāo)與已知坐標(biāo)比較得△X、△Y，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：點(diǎn)1第一次0s時(shí)，數(shù)據(jù)偏差相對(duì)較大，但隨著觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的增長(zhǎng)，平面坐標(biāo)約在20s后變化基本穩(wěn)定，變化幅度不超過(guò)±1m；點(diǎn)2由于受多路徑效應(yīng)影響，坐標(biāo)變化穩(wěn)定時(shí)間比點(diǎn)1滯后約10s。點(diǎn)1和點(diǎn)2的10次觀測(cè)數(shù)據(jù)平均值更接近于已知數(shù)據(jù)。

可見手持機(jī)開機(jī)后，不應(yīng)頻繁關(guān)機(jī)。因?yàn)槭殖謾C(jī)依次搜索接收各衛(wèi)星星歷及連接SBAS需要時(shí)間，待信號(hào)穩(wěn)定需要一定時(shí)間。另外，手持GPS即時(shí)定位、快速移動(dòng)時(shí)定位精度低、穩(wěn)定性差，置于點(diǎn)位后，建議在點(diǎn)位上穩(wěn)定靜置20s以上再采集坐標(biāo)，或采用“平滑采集” 功能，設(shè)置平滑次數(shù)，多次求取取平均值，以此提高采集精度。

（2）不同觀測(cè)時(shí)段和定位穩(wěn)定性試驗(yàn)

試驗(yàn)二分上午8:00-11:00、下午14:00-17:00兩個(gè)時(shí)段對(duì)同一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，每個(gè)時(shí)間段均勻選擇10個(gè)時(shí)間點(diǎn)，按照試驗(yàn)一的測(cè)量手段進(jìn)行點(diǎn)位坐標(biāo)采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：20個(gè)時(shí)間點(diǎn)的平面坐標(biāo)較差不超過(guò)±0.6m。說(shuō)明手持GPS能夠在同一點(diǎn)位上保持較為穩(wěn)定的坐標(biāo)讀數(shù)，這是保障定位精度的重要基礎(chǔ)。

結(jié)語(yǔ)

本文討論了高精度手持GPS用于農(nóng)村土地確權(quán)的方法手段及注意事項(xiàng)。高精度手持GPS作為測(cè)量技術(shù)的新手段，可以放心使用于土地利用、土地確權(quán)等亞米級(jí)精度要求的測(cè)量工作中。本文只探討其用于測(cè)定界址點(diǎn)的平面坐標(biāo)，不建議使用其測(cè)定高程。因?yàn)槠湓几叱虨閃GS-84大地高，要轉(zhuǎn)換成為正常高需要高程異常的改正，其精度只為平面精度的2-3倍，且在山區(qū)高程異常變化較大，精度變化難以把握。

目前，分米級(jí)、厘米級(jí)高精度手持GPS已面世，照相、FM調(diào)頻、視頻播放等衍生功能愈加豐富，隨著人們認(rèn)識(shí)的不斷加深，手持GPS應(yīng)用前景良好。目前關(guān)于手持GPS接收機(jī)的檢驗(yàn)項(xiàng)目、測(cè)量的精度指標(biāo)及操作規(guī)程等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匱乏，急需相關(guān)部門制定可行措施，推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展壯大。

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