GPS控制測量在農(nóng)村地籍與房屋調(diào)查項(xiàng)目中的應(yīng)用

范波根

（中化地質(zhì)礦山總局福建地質(zhì)勘查院，福建福州 350013）

1 GPS的應(yīng)用

1.1 工程概況

長汀縣農(nóng)村地籍與房屋調(diào)查項(xiàng)目為國家重點(diǎn)項(xiàng)目，是為加快長汀縣推進(jìn)農(nóng)村宅基地確權(quán)登記發(fā)證工作，深化農(nóng)村改革，促進(jìn)城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展，為老區(qū)人民進(jìn)行不動產(chǎn)統(tǒng)一登記，充分保護(hù)農(nóng)民合法權(quán)益開展的一次調(diào)查。經(jīng)投標(biāo)，中化地質(zhì)礦山總局福建地質(zhì)勘查院成功中標(biāo)長汀縣農(nóng)村地籍與房屋調(diào)查項(xiàng)目。為統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保本項(xiàng)目能順利完成并強(qiáng)化項(xiàng)目管理，應(yīng)項(xiàng)目需要，筆者擔(dān)任該項(xiàng)目的技術(shù)負(fù)責(zé)人，結(jié)合長汀縣已有的基礎(chǔ)資料和工程實(shí)際情況，編寫了該項(xiàng)目的技術(shù)設(shè)計(jì)書和GPS平差[1]。

1.2 GPS測量技術(shù)

隨著GPS測量技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，GPS定位的精度不斷提高，為工程測量，特別是工程上的控制測量帶來了極大的便利[2]。GPS技術(shù)為建立國家高等級大地控制網(wǎng)及各工程的高等級控制網(wǎng)做出了巨大的貢獻(xiàn)，如高鐵、高速路及現(xiàn)今的農(nóng)房調(diào)查等重大項(xiàng)目均依賴該技術(shù)。GPS測量按精度和用途可分為A、B、C、D、E級，在工程中主要應(yīng)用C、D、E級。GPS靜態(tài)測量主要使用距離交會法，假設(shè)在Q點(diǎn)架設(shè)GPS機(jī)，在ti時刻同時接收E、F、G等3顆或多顆衛(wèi)星的信號，通過專業(yè)平差軟件解算，獲得該時刻空間的位置。用距離交會法解算的Q點(diǎn)三維坐標(biāo)為（XQ，YQ，ZQ），其數(shù)學(xué)式為：

式中：（XE，YE，ZE），（XF，YF，ZF），（XG，YG，ZG）分別為衛(wèi)星E，F(xiàn)，G在時刻ti的空間直角坐標(biāo)。GPS測量技術(shù)較好地表達(dá)了地面控制點(diǎn)的位置和GPS觀測成果，因此，在測量中被廣泛地應(yīng)用。

2 長汀縣農(nóng)村地籍與房屋調(diào)查項(xiàng)目E級GPS控制測量

2.1 測區(qū)概況

測區(qū)隸屬龍巖地區(qū)長汀縣革命老區(qū)，測區(qū)庵杰鄉(xiāng)地處長汀縣東北部，是客家母親河汀江的發(fā)源地，位于東經(jīng)116°25′～116°39′，北緯25°49′～26°00′，測繪面積約20 km2。本著“權(quán)屬合法、界址清楚、面積準(zhǔn)確”的原則，完成了長汀縣庵杰鄉(xiāng)、新橋鎮(zhèn)、館前鎮(zhèn)、古城鎮(zhèn)等56個村范圍內(nèi)宅基地、集體建設(shè)用地的權(quán)屬調(diào)查和地籍測量，同步開展了地上房屋及其附屬設(shè)施的調(diào)查和測量工作，建立了農(nóng)村不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查數(shù)據(jù)庫。為了確保該項(xiàng)目的準(zhǔn)確性，在長汀縣現(xiàn)有C級控制點(diǎn)基礎(chǔ)上共布置了56個E級GPS點(diǎn)，并確保每個村有一個靜態(tài)GPS點(diǎn)。然后在首級控制基礎(chǔ)上聯(lián)測福建省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)，建立七參數(shù)，以實(shí)時差分定位（Real-time kinematic,RTK）圖根測量方式，采用三腳架對中、整平，控制點(diǎn)觀測4個測回，每個測回的觀測值為30個歷元，采樣間隔為3 s，測回間隔為60 s，并在初始化后觀測下一個測回值，最終觀測成果取各測回結(jié)果的中數(shù)。校正后檢查其他控制點(diǎn)均在誤差允許范圍內(nèi)，均與各個村E級GPS點(diǎn)通視，確保了每個村有3個埋石控制點(diǎn)，可滿足1:500地籍圖測圖的需要，布置圖根點(diǎn)[3]。

2.2 已有資料及其利用

2.2.1 作業(yè)依據(jù)

（1）《地籍調(diào)查規(guī)程》（TD/T 1001—2012）。

（2）《房產(chǎn)測量規(guī)范》（GB/T 17986.1—2000）。

（3）福建省地方性指導(dǎo)文件。

2.2.2 控制起算

為滿足E級GPS控制的需要，由福建地理信息中 心 提 供 的4個C級GPS點(diǎn)401P、410P、425P、A029為起算點(diǎn)，成果屬CGCS2000坐標(biāo)系，中央子午線的經(jīng)度為117°，高程成果為1985國家高程基準(zhǔn)，經(jīng)實(shí)地勘查，點(diǎn)位保存完好，可作為E級GPS解算起算點(diǎn)。

2.2.3 已有資料

（1）1:1萬地形圖，可作為前期圖上布點(diǎn)。

（2）1:1000新農(nóng)村地形圖。

（3）2016年農(nóng)村土地承包經(jīng)營權(quán)航拍圖。

2.3 E級GPS測量

靜態(tài)GPS測量的精度可以完全滿足農(nóng)村地籍與房屋調(diào)查項(xiàng)目的精度要求。在國家C級GPS點(diǎn)的基礎(chǔ)上，沿四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)布設(shè)E級GPS控制網(wǎng)點(diǎn)56個，點(diǎn)位均為新埋設(shè)點(diǎn)位，兩點(diǎn)間平均邊長為300 m左右，這樣可以使GPS測量的精度分布均勻[4]。

2.3.1 GPS點(diǎn)位選點(diǎn)、埋石

GPS待定點(diǎn)應(yīng)于1:1萬圖上圈定，可以無須通視就能得出控制點(diǎn)的坐標(biāo)；現(xiàn)農(nóng)村路網(wǎng)較發(fā)達(dá)，道路均是水泥路，大多選在牢固的水泥路面上，或埋設(shè)在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)的地下，以滿足本次農(nóng)村地籍與房屋調(diào)查地形測圖的需要。E級GPS點(diǎn)按鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行編制，以英文字母起頭加流水號進(jìn)行編號，如庵杰鄉(xiāng)以“AJ”起頭。鄉(xiāng)鎮(zhèn)的編號不重復(fù)，后面加流水編號，如AJ01、AJ02、……、AJn。

控制點(diǎn)的中心標(biāo)志應(yīng)用不銹鋼制作，并應(yīng)安放正直、鑲接牢固；控制點(diǎn)的標(biāo)志中心應(yīng)刻有清晰、精細(xì)的十字線；標(biāo)志頂部應(yīng)為圓球狀，并應(yīng)高出標(biāo)石面，控制點(diǎn)標(biāo)石可采用混凝土預(yù)制或現(xiàn)場灌制，如圖1至圖3所示。

圖1 側(cè)面圖（一）（單位：cm）

圖2 正面圖

圖3 側(cè)面圖（二）（單位：cm）

2.3.2 E級GPS測量

（1）因工作需要，本測區(qū)測量使用中海達(dá)GPSV60、V30六臺套接收機(jī)同步觀測一組衛(wèi)星，采用邊點(diǎn)連接形式組成網(wǎng)，共觀測79個同步環(huán)，每個同步環(huán)的觀測時間均大于45 min。

（2）作業(yè)開始前，應(yīng)對儀器進(jìn)行校對，確保儀器的準(zhǔn)確性。

（3）GPS靜態(tài)測量作業(yè)嚴(yán)格按照《GPS規(guī)范》要求。

（4）天線定向標(biāo)志應(yīng)指向正北。

2.3.3 數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)基線預(yù)處理采用中海達(dá)HGO基線解算軟件進(jìn)行，預(yù)處理當(dāng)天把接收機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳入微機(jī)，進(jìn)行各點(diǎn)名及儀高的核對及輸入等工作?；€向量處理是最重要的一個環(huán)節(jié)，不得替代和省略，其成果的好壞直接影響網(wǎng)平差的質(zhì)量，因此特別需要認(rèn)真對待，本次平差軟件采用中海達(dá)HGO基線解算。GPS數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示。

圖4 GPS數(shù)據(jù)處理流程

2.3.4 網(wǎng)平差處理

基線向量解算后即可進(jìn)行網(wǎng)平差處理：選擇參與平差的基線向量→定義坐標(biāo)系統(tǒng)→選定起算基點(diǎn)，運(yùn)行平差程序，運(yùn)行程序自由網(wǎng)平差、三維約束平差、二維約束平差和高程擬合功能，成果詳見表1。

表1 目標(biāo)坐標(biāo)系三維約束平差坐標(biāo)

2.3.5 精度要求

（1）對各個時段同步觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對，同一時段觀測值剔除率應(yīng)小于10%，各時段同步邊平差值、相對中誤差計(jì)算公式如式（4）所示。

（2）任意兩個時段的同一條邊成果互差應(yīng)不小于接收機(jī)標(biāo)稱精度的倍。

（3）獨(dú)立觀測邊組成閉合環(huán)時，各坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)符合式（5）規(guī)定。

式中：n——閉合環(huán)中的邊數(shù)；σ——相應(yīng)級別規(guī)定的精度（按平均邊長計(jì)算）。

（4）三邊同步環(huán)的第三邊處理結(jié)果與前兩邊代數(shù)和的差值應(yīng)小于式（6）的數(shù)值。

式中：σ——對應(yīng)級別規(guī)定的精度（按平均邊長計(jì)算）。

（5）GPS網(wǎng)點(diǎn)定位測量結(jié)束后，應(yīng)使用低于Ⅱ級的紅外測距儀，測定GPS網(wǎng)中任意邊長，總數(shù)不少于2條，以檢核成果的正確性。

（6）控制網(wǎng)的三維無約束平差的精度。

最差基線相對誤差：1/162051[XQ16.zsd-XQ18.zsd]。

最弱點(diǎn)點(diǎn)位誤差：3.59 cm[GQ02]。

從平差結(jié)果中可知，本次GPS網(wǎng)觀測精度完全滿足規(guī)范規(guī)定的E級精度，且達(dá)到坐標(biāo)閉合差的要求，可供地籍測圖使用。

2.4 高程控制測量

2.4.1 GPS擬合高程

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（global navigation satellite system,GNSS）定位技術(shù)結(jié)合高精度似大地水準(zhǔn)面模型進(jìn)行高程測量，由于農(nóng)村地籍與房屋調(diào)查高程精度要求不高，故采用GPS擬合高程計(jì)算各點(diǎn)高程。采用GPS擬合高程、RTK求取七參數(shù)曲面擬合和三角高程進(jìn)行比對，滿足要求的直接采取擬合高程。

2.4.2 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

采用中海達(dá)HGO平差軟件進(jìn)行平差計(jì)算。

2.5 測量成果驗(yàn)收

本次對比采用GPS擬合高程和求取七參數(shù)曲面擬合，與從C點(diǎn)采用三角高程引出的高程點(diǎn)進(jìn)行比較，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)該成果滿足要求，可供使用[5]。高程成果如表2所示。

表2 高程成果

3 結(jié)語

本文主要說明GPS具有測量精準(zhǔn)度高、操作簡單、儀器容易攜帶，觀測點(diǎn)間不用通視、信息主動接收并存儲、無煩瑣工作、高效益等特點(diǎn)，為外業(yè)測量人員減少了大量作業(yè)量，能滿足困難地區(qū)及沒有高級控制點(diǎn)地區(qū)的控制測量，現(xiàn)已成為主要的技術(shù)手段，被廣泛應(yīng)用于大地控制測量中。

在農(nóng)村地籍與房屋調(diào)查項(xiàng)目中應(yīng)用GPS，測量精度達(dá)到了E級，高程精度也滿足精度要求。