城鎮(zhèn)地籍測(cè)繪中GPS技術(shù)的運(yùn)用探討

曾憲偉

（茂名市國土資源勘探測(cè)繪院 廣東茂名 525000）

前言

GPS即全球定位系統(tǒng)，是一種基于衛(wèi)星的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，由全球通信衛(wèi)星和接收設(shè)備組成。用戶提供精確的三維坐標(biāo)、時(shí)間信息和導(dǎo)航。隨著地球的數(shù)字化進(jìn)程，微型電子技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)取得重大進(jìn)展，衛(wèi)星導(dǎo)航定位理論日趨成熟，同時(shí)，各個(gè)領(lǐng)域都需要掌握空間數(shù)據(jù)處理和利用的基本技術(shù)，即全球定位系統(tǒng)。作為一種通用設(shè)備，它將越來越多地應(yīng)用于科研和民用領(lǐng)域。特別是在當(dāng)前形勢(shì)下在這種情況下，傳統(tǒng)的地籍測(cè)繪技術(shù)已不能滿足當(dāng)前地籍精度的要求。與部門科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與地籍測(cè)繪的發(fā)展，傳統(tǒng)的測(cè)量工具逐漸被高效率、高精度的GPS測(cè)量技術(shù)取代，GPS的出現(xiàn)給測(cè)繪領(lǐng)域帶來了新的變化。在當(dāng)前地籍測(cè)繪中得到了廣泛的應(yīng)用。GPS技術(shù)如圖1所示。

圖1 GPS技術(shù)

1 GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 用途廣泛，多功能是GPS測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

GPS測(cè)量技術(shù)可以為用戶提供三維速度和時(shí)間信息。用戶提供三維坐標(biāo)，因此GPS測(cè)量技術(shù)可以應(yīng)用到以下幾個(gè)方面，如：導(dǎo)航、速度測(cè)試、時(shí)間測(cè)試等，目前GPS技術(shù)仍在不斷更新，目前，它可廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在測(cè)量工作中得到越來越廣泛的應(yīng)用。其中包括地籍測(cè)繪、航空攝影測(cè)量、地籍測(cè)量、大地測(cè)量和海洋測(cè)繪等。在各個(gè)領(lǐng)域，都可以應(yīng)用到GPS測(cè)量技術(shù)。

1.2 GPS具有定位精度高的特點(diǎn)

在靜態(tài)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)下，對(duì)GPS測(cè)量技術(shù)在地籍測(cè)繪中的應(yīng)用進(jìn)行分析。以前的研究已經(jīng)表明，它可以在50km以內(nèi)的基線實(shí)現(xiàn)1×10-6～2×10-6，的定位準(zhǔn)確度，如果其基線范圍從100～500km，然后準(zhǔn)確定位它可以達(dá)到10-7～10-8，隨著GPS技術(shù)的不斷發(fā)展、更新和發(fā)展，如果基線范圍超過2000km，定位精度可優(yōu)于10-9還高。在實(shí)時(shí)差分定位和實(shí)時(shí)定位中，GPS測(cè)量技術(shù)定位精度可以達(dá)到分米或厘米。能滿足地籍測(cè)繪和測(cè)繪的所有需要。

1.3 GPS測(cè)量技術(shù)的自動(dòng)化程度很高，而且操作簡(jiǎn)單

在應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)和操作GPS測(cè)量技術(shù)的過程中，該技術(shù)具有自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，操作人員只需使用儀器儀表進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的收集、測(cè)量、監(jiān)測(cè)儀表的開關(guān)和其工作狀態(tài)。GPS系統(tǒng)中的設(shè)備可以自動(dòng)捕獲衛(wèi)星并跟蹤觀測(cè)項(xiàng)目以及記錄等。觀察項(xiàng)目結(jié)束后，操作人員只需關(guān)閉電源開關(guān)。如果采用GPS測(cè)量技術(shù)在地籍測(cè)繪中，一方面可以改進(jìn)工作的方式。另一方面，可大大提高精度，同時(shí)提高效率。地籍測(cè)繪在自動(dòng)化中也有著非常重要的作用。

1.4 GPS技術(shù)的觀測(cè)時(shí)間較短

隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，隨著不斷更新的軟件和硬件，在20km的靜態(tài)相對(duì)定位只有15～20min；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站分離在15hm，移動(dòng)站的觀測(cè)時(shí)間只需1～2min；在相對(duì)定位的動(dòng)態(tài)測(cè)量，當(dāng)移動(dòng)臺(tái)開始，觀察時(shí)間僅為1～2min，然后立即定位，以及各站的觀測(cè)時(shí)間只有這需要幾秒鐘時(shí)間。可見，利用GPS技術(shù)建立控制該網(wǎng)絡(luò)大大縮短了觀測(cè)時(shí)間，提高了運(yùn)行效益。

2 GPS的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)相比，GPS技術(shù)有以下特點(diǎn)：①觀測(cè)站之間無需通視。它可以測(cè)量工作的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，使點(diǎn)位的選擇變得更為靈活。②定位精度高。在下于50km的基線上，定位精度可達(dá)到1×10-6～2×10-6，在100～500km的基線上可達(dá)到10-6～10-7。③操作簡(jiǎn)單。GPS的測(cè)量自動(dòng)化程度高，在觀測(cè)中測(cè)量人員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)、采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，別的觀測(cè)工作儀器可自動(dòng)完成。④全天候作業(yè)。GPS觀測(cè)工作可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間連續(xù)進(jìn)行。

3 影響GPS地籍測(cè)繪精度的因素

地籍測(cè)繪采用CPS測(cè)量技術(shù)，由于受到GPS衛(wèi)星方面的因素、信號(hào)傳播途徑方面的因素、信號(hào)接收機(jī)方面的因素各種主客觀原因的影響，定位容易出現(xiàn)誤差，影響地籍測(cè)繪的精度。

3.1 GPS衛(wèi)星方面的因素

①衛(wèi)星星歷誤差。衛(wèi)星星歷提供了具體的某個(gè)時(shí)刻衛(wèi)星的軌道參數(shù)，而實(shí)際計(jì)算出來的位置與具體位置有所偏差，是一種數(shù)據(jù)誤差，其大小取決于衛(wèi)星跟蹤站的數(shù)量、空間分布、定軌軟件完善程度等，這種誤差是GPS測(cè)量的重要誤差來源。②按照在GPS衛(wèi)星上的衛(wèi)星時(shí)鐘和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間存在的誤差。雖然GPS衛(wèi)星采用高精度的原子鐘，但依然存在系統(tǒng)誤差。③GPS衛(wèi)星的信號(hào)發(fā)射天線標(biāo)稱的相位中心和實(shí)際相位的中心存在誤差，GPS衛(wèi)星方面的因素降低了地籍測(cè)繪的準(zhǔn)確度。

3.2 信號(hào)傳播途徑方面的因素

GPS信號(hào)首先會(huì)受到來自電離層的干擾，影響了電磁波的效應(yīng)，對(duì)于電磁波的電子總含量、頻率產(chǎn)生影響。然后在GPS信號(hào)的傳播速度上，由于有對(duì)流層的干擾，傳播的溫、濕度和氣壓及別的原因造成了地籍測(cè)繪的偏差。最后在對(duì)地籍的測(cè)繪過程中，地籍測(cè)繪周圍的環(huán)境也會(huì)影響信號(hào)接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星接收和折射的信號(hào)。

3.3 測(cè)地形接收機(jī)方面的因素

測(cè)地形接收機(jī)是接收全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)并確定地面空間位置的儀器，主要用于精密大地測(cè)量和精密地籍測(cè)繪，定位精度高，儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較貴。在測(cè)地形接收機(jī)的軟件和硬件方面的問題，會(huì)對(duì)地籍測(cè)繪的定位結(jié)果造成錯(cuò)誤判斷。在測(cè)地形接收機(jī)的天線相位中心，相對(duì)測(cè)站標(biāo)石中心位置存在偏差，需要減少誤差，如果沒有減少誤差帶來的影響，地籍的精密定位沒有辦法形成。在測(cè)地形接收機(jī)相對(duì)定位所采用的觀測(cè)值，進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，有可能忽略1～5周的周跳，這種忽略會(huì)嚴(yán)重影響坐標(biāo)的準(zhǔn)確度。

4 提高地籍測(cè)繪精度水平的方法

在對(duì)地籍測(cè)繪中利用GPS進(jìn)行定位，提高測(cè)繪精確度的時(shí)候，要注意GPS定位系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改善。

4.1 測(cè)繪硬件設(shè)施的改善

測(cè)繪硬件設(shè)施改善主要分兩方面。①合理選擇GPS的接收機(jī)。假如測(cè)繪的土地基線邊長(zhǎng)超過10km，最好是采用雙頻模式的接收機(jī)，在地籍定位坐標(biāo)的時(shí)候，雙頻模式的接收機(jī)能夠減少電離層延遲所帶來的坐標(biāo)精確度的干擾，不管是在動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)的環(huán)境下，迅速的測(cè)量；如果基線邊長(zhǎng)不超過10km，可以選擇采用單頻模式的接收機(jī)，這種接收機(jī)故障發(fā)生率低、不高的微處理器的要求、耗能小，非常適合在地籍測(cè)繪的野外作業(yè)。②檢查接收機(jī)的性能。在GPS對(duì)地籍進(jìn)行測(cè)繪作業(yè)之前，我們需要對(duì)接收機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的問題提前檢驗(yàn)。常出現(xiàn)的問題有碼跟蹤環(huán)的偏差、鐘誤差、天線相位的中心偏差等。全面了解GPS接收機(jī)的各方面參數(shù)數(shù)據(jù)、特點(diǎn)和性能，可以提高GPS接收機(jī)在處理地籍測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.2 改進(jìn)測(cè)量的方法和手段

GPS地籍測(cè)繪精度的水平的提高，要結(jié)合實(shí)際情況的測(cè)繪要求，改進(jìn)測(cè)量的方法和手段。①設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)。開始需要對(duì)GPS的基線長(zhǎng)度相差進(jìn)行控制，以便GPS地籍的測(cè)量精度分布均衡；然后是對(duì)GPS網(wǎng)型結(jié)構(gòu)采用封閉式，以此來形成閉合環(huán)；最后是為了全面的提高整網(wǎng)和點(diǎn)位精度的分布均勻水平，可以在地籍測(cè)繪條件準(zhǔn)許的情況下，構(gòu)建連續(xù)的三角網(wǎng)型結(jié)構(gòu)模式。②地籍測(cè)繪的選擇位置。要選擇方便GPS接收器的安置和作業(yè)的位置，還需要保證15°以上的和被測(cè)衛(wèi)星地平高度角。③測(cè)繪的觀測(cè)方式。a.工作人員要對(duì)儀器的高度進(jìn)行測(cè)量，如果在過程中遇到突發(fā)情況而出現(xiàn)誤差，可以建立觀測(cè)墩的方式，盡量減少產(chǎn)生的誤差。b.確保觀測(cè)搜集的數(shù)據(jù)具備絕對(duì)的可靠性和有效性。保證觀測(cè)的時(shí)間，結(jié)合實(shí)際測(cè)繪的要求，計(jì)算要測(cè)繪的次數(shù)和時(shí)間點(diǎn)。④嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)繪數(shù)據(jù)。檢查數(shù)據(jù)有沒有差錯(cuò)，要有規(guī)范要求的統(tǒng)計(jì)和分析同步環(huán)、異步環(huán)和復(fù)測(cè)基線等。

4.3 補(bǔ)充性的測(cè)量方法

①編制GPS地籍測(cè)繪的方案，在測(cè)量中認(rèn)真執(zhí)行方案中的內(nèi)容，并且需要進(jìn)行檢驗(yàn)和記錄。②GPS地籍測(cè)繪的標(biāo)準(zhǔn)要以國家和建筑行業(yè)為根據(jù)，在技術(shù)管理水平上，在充分了解GPS測(cè)量程序的前提下，要建立各崗位的測(cè)量職責(zé)，專門安排工作人員進(jìn)行檢查和跟蹤交底的工作。③項(xiàng)目技術(shù)的管理層人員，要保證地籍測(cè)繪在技術(shù)范疇內(nèi)的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，根據(jù)GPS地籍測(cè)繪實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)的設(shè)計(jì)需求，然后安排專工作人員對(duì)地籍測(cè)繪的質(zhì)量進(jìn)行門門把關(guān)，突出點(diǎn)在地籍測(cè)繪的結(jié)果和驗(yàn)收。④對(duì)地籍測(cè)繪加強(qiáng)檢查和監(jiān)督。要求上表現(xiàn)在地籍測(cè)繪的管理人員要堅(jiān)持按照制定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量，全程記錄測(cè)量結(jié)果，交底工作也是測(cè)量的根本要求，測(cè)量單位要有自檢思想和實(shí)際報(bào)告，檢查工作的完成率，假如在測(cè)量質(zhì)量上發(fā)生嚴(yán)重的問題，要及時(shí)向上匯報(bào)。

5 結(jié)束語

綜上所述，GPS技術(shù)在地籍測(cè)繪上有很多的優(yōu)點(diǎn)，在地籍進(jìn)行測(cè)繪運(yùn)用GPS技術(shù)可以滿足多方面需求，可以有效的解決勘查區(qū)域分散的問題。在地籍測(cè)繪中應(yīng)用GPS測(cè)量技術(shù)，一方面在地籍測(cè)繪過程中，可以大大提高地籍測(cè)繪的精度、準(zhǔn)確度和有效性。另一方面，它對(duì)提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。因此，它能很好地適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的快節(jié)奏生活?？梢园巡僮鲉T從一項(xiàng)特別繁重的工作中解放出來會(huì)減少工人的工作的強(qiáng)度，它可以成為地籍測(cè)繪的重要應(yīng)用工具。高地籍測(cè)繪自動(dòng)化程度起著非常重要的作用。

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