GPS 土地測繪實踐中影響測繪精度的相關(guān)因素思考

孫 麗 上海市地籍事務(wù)中心，上海市 200003

地籍控制測量的目的就是為地籍碎部測量建立基準(zhǔn)，從而通過該基準(zhǔn)來確立地球表面點坐標(biāo)的基本框架。一般來說，許多國家都會在測繪過程中確立一個已知控制點，并給予它給出局部基準(zhǔn)建立局部坐標(biāo)系。但是在野外進(jìn)行GPS 的相關(guān)測繪與觀測工作過程中，觀測值往往以世界基準(zhǔn)為主，即WGS-84［1］。

1 基于GPS 的城鎮(zhèn)土地測繪

1.1 測繪區(qū)域概況

為了能夠體現(xiàn)GPS 土地測繪實踐的普遍性，本文選擇了上海的一個縣城——崇明縣作為實驗測繪區(qū)。該區(qū)域面積為1185km2，縣內(nèi)建筑密度達(dá)到38.55%，建筑物的分布較為均勻規(guī)整。該縣縣內(nèi)城鎮(zhèn)土地類型較為齊全，具有地籍測繪的代表性，縣內(nèi)最大占地面積就是交通運輸用地，為381.2km2，其它用地依次為住宅用地、商務(wù)用地、公共管理用地、倉儲用地和其他一些水域、電力等特殊用地?？h內(nèi)城鎮(zhèn)住宅用地基本覆蓋了全區(qū)的各個位置，相對分布均勻，而其他土地類型則分散于住宅用地中。

1.2 基于GPS 的控制網(wǎng)絡(luò)布設(shè)

為了便于在該地區(qū)進(jìn)行測繪工作，地籍測量站選擇了交通便利，易于找點的位置，首先在三個已知的二級國家控制點進(jìn)行了首級控制網(wǎng)布設(shè)。該區(qū)域控制網(wǎng)所采用的是分級布網(wǎng)，由三個國家二級控制點與未知三點進(jìn)行聯(lián)通，就形成了基于GPS 的首級控制網(wǎng)。然后以此類推，在測區(qū)內(nèi)由二級、三級和四級控制點分別與未知控制點形成了二、三、四級控制網(wǎng)，最終的網(wǎng)內(nèi)具有40 個控制點，它們共同組成了崇明縣該地區(qū)的地籍測量基本控制網(wǎng)，覆蓋范圍20 平方公里，覆蓋了整個測繪地區(qū)。

1.3 GPS 平面控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)精度評定

該區(qū)域的GPS 靜態(tài)測量采用了TGO 軟件進(jìn)行解算后處理，并以WGS-84 坐標(biāo)系作為基準(zhǔn)而進(jìn)行GPS 網(wǎng)平差。

數(shù)據(jù)處理分為三個階段，首先是粗加工階段，該階段會對該地區(qū)一些地籍原始觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)下載、讀取、檢查和修改;其次是預(yù)處理階段，在這個階段被觀測數(shù)據(jù)將進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，比如對各接收文件的記錄類型、格式、采樣率、項目與數(shù)據(jù)單位的全部統(tǒng)一，統(tǒng)一數(shù)據(jù)后就可以對觀測值進(jìn)行修正;最后一個階段是解算階段，主要是對GPS 首級網(wǎng)控制基線向量的解算。在解算過程中，要把握好測繪比率，從而評估測繪方差與次好基線解間的關(guān)系。當(dāng)比率大于3 時，就表明基線向量的質(zhì)量較好。通常來說，參考方差會將測繪的實際誤差與基線解的期望誤差聯(lián)系起來，所以參考方差時，如果基線向量小于10 都是比較理想的質(zhì)量。另一方面，GPS 的收集控制網(wǎng)在無約束平差后的平面最優(yōu)閉合環(huán)控制范圍應(yīng)在0.005ppm～1ppm，最差環(huán)閉合差應(yīng)為0.532ppm。該地區(qū)經(jīng)過地籍測繪測得最差環(huán)閉合差為1.615ppm，所以基于GPS 的控制網(wǎng)測量較好，在允許范圍內(nèi)。

基于GPS 數(shù)據(jù)，再經(jīng)過TGO 進(jìn)行處理后的地籍測繪數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在崇明縣地區(qū)所布設(shè)的GPS 控制網(wǎng)精度已經(jīng)達(dá)到了GPS 的測量精度要求，它可以作為研究地籍碎部測量及其精度控制的基準(zhǔn)［2］。

2 地籍碎部測量中界址點的測量精度誤差來源

在對崇明縣地籍測繪中，基于GPS 土地測繪實踐的界址點坐標(biāo)精度測量要求很高，但實際中無論用怎樣的方法進(jìn)行測量都會出現(xiàn)誤差，所以為了保證界址點的精度，應(yīng)該找出影響測繪精度，導(dǎo)致誤差的相關(guān)因素。

本文針對基于GPS 土地測繪的極坐標(biāo)測量方法進(jìn)行影響界址點測量精度的誤差來源分析，其最主要的來源即為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差有很高頻率出現(xiàn)在每一次的測量作業(yè)中，給測量工作者帶來無法預(yù)估的麻煩。

2.1 系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差也稱為界址點點位系統(tǒng)誤差，它的表現(xiàn)形式多為GPS 測繪儀器本身的誤差。比如說測角誤差mμ和測距誤差mS。測繪人員要對儀器進(jìn)行誤差估算，具體步驟如下:

在崇明縣某地區(qū)測站點A，其坐標(biāo)為(xA，yA)，若待測點為P，那么坐標(biāo)就應(yīng)該為(xp，yp)。當(dāng)S 為A 測試站點到測試點的直線平距，那么S=AP。假設(shè)B 為定向點，αAB就應(yīng)該為起始方位角，設(shè)β 為AB 與AP的夾角，這個角也可以稱為水平角。根據(jù)誤差傳播定律我們可以計算出xP和yP的方差，它們的推算公式為:

那么該儀器本身影響界址點的點位誤差m 就應(yīng)該為:

考慮到此誤差的來源，很大可能是由于實際相鄰量控制點檢的點位誤差與界址點的點位中誤差而帶來的，誤差的大小與控制網(wǎng)的布設(shè)、控制網(wǎng)平差的起算點等因素有關(guān)。如果起算點與布設(shè)點能夠有效控制，那么常規(guī)來說它們的相鄰點點位中誤差m 最大值是不應(yīng)該超過0.03m 的，所以說測站點的點位誤差可以取值0.03m、0.02m。

2.2 偶然誤差

偶然誤差也是一種來自于GPS 測量儀器的誤差，如圖1 所示。

圖1 儀器對中誤差示意圖

圖1 中α 表示真水平角，α’是實際測量的水平角，在A 測站點，A’表示儀器的對中點，而B 則是定向點，C 則為待測的界址點。那么當(dāng)S1和S2為A 測站到定向點B 和界址點C 的距離時，S12就可以表示為界址點C 到定向點B 的距離。那么e 就是對中誤差，經(jīng)測量證明，e 的數(shù)值不會超過0.001m。所以來自于儀器測量過程中的這種偶然誤差的表示公式就應(yīng)該為:

如果m 取值0.001m，可以推算出棱鏡的偏心誤差m 為:

由于一般棱鏡偏差值可以取0.05m，那么:

2.3 粗略誤差

粗略誤差來自于操作人員的工作粗心，比如說當(dāng)司鏡員可能在放置棱鏡設(shè)備時沒有放置到有效位置。所以這類誤差是可以避免的，而且它對于精度的影響也不會很大［3］。

以上三種誤差都是能夠影響到GPS 土地地籍碎部測量精度的相關(guān)因素。當(dāng)然除了技術(shù)層面，能夠影響GPS 土地測繪精度的因素也可能來自于設(shè)備其他功能，例如GPS 衛(wèi)星鐘差、星歷誤差等等與標(biāo)準(zhǔn)實踐的誤差，或者GPS 信號傳播受到電磁波效應(yīng)影響而形成電離層折射。亦或是GPS 信號接收機(jī)由于周跳容被忽略而影響了坐標(biāo)精度等等。所以無論從內(nèi)部還是外部，GPS 土地測繪的每一項技術(shù)都需要進(jìn)行測繪精度干擾因素的檢查，并以科學(xué)的方法進(jìn)行排除［4］。

3 總結(jié)

GPS 土地測繪是一項范圍很廣且控制點密度很高的高精度要求測量工作。本文粗略的分析了上海崇明縣地區(qū)的地籍測繪工作，簡要分析了基于GPS 的控制網(wǎng)絡(luò)布設(shè)與地籍碎部中可能影響測繪精度的相關(guān)因素，希望通過實例來證明GPS 土地測繪的嚴(yán)謹(jǐn)性和重要性，將諸如GPS、RTK 這樣的新技術(shù)多多運用到土地測繪中，提高測繪精度。

［1］張敬東.GPS 在城鎮(zhèn)地籍測量中的應(yīng)用［D］.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.8.

［2］劉祥.GPS 技術(shù)在現(xiàn)代地籍測量中應(yīng)用研究［D］.吉林大學(xué)，2012.17.

［3］黃曉君.城鎮(zhèn)地籍測量及精度分析［D］.內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2010.43.

［4］葉仁福.GPS 土地測繪技術(shù)中測繪精度的影響因素［J］.科技與創(chuàng)新，2014(9):147-147.