GPS技术在地籍测量中的应用研究

学院（系）：   测绘学院      

专      业：   工程测量  

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指导教师姓名：        

摘要

GPS卫星定位技术的迅速发展，给测绘工作带来了性的变化，也给地籍测量工作，特别是地籍控制测量工作带来了巨大的影响。应用GPS进行地籍控制测量，点与点之间不要求互相通视，这样避免了常规地藉测量控制时，控制点位选取的局限条件，并且布设成GPS网状结构对GPS网精度的影响也甚小。由于GPS技术具有布点灵活、全天候观测、观测及计算速度快、精度高等优点，使GPS技术在国内各省市的城镇地籍控制测量中得以广泛应用。

地籍细部测量是地籍调查不可分割的组成部分，目的是测定每宗土地的权属界址点、线、位置、形状及数量等。由地籍调查规程所知，在地籍平面控制测量基础上的地籍细部测量，对于城镇街坊外围界址点及街坊内明显的界址点间距允许误差为10 cm，城镇街坊内部隐蔽界址点及村庄内部界址点间距允许误差为15 cm。利用GPS RTK技术完全能满足上述精度要求，建议在适合布设GPS点的部分测区使用该项技术。

关键字：地籍测量；GPS；RTK；控制网

ABSTRACT

The rapid development of GPS satellite positioning technology， brought the surveying and mapping work revolutionary change， also gave cadastral surveying， especially brought cadastral control measurement work tremendous influence. It does not require the connected each other between the conventional， Using GPS in cadastral control measuring， which avoid the control point of limited conditions of cadastral survey control， and the layout of GPS network structures into the influence of accuracy of GPS is very small. Because of GPS technology is expanding flexible， all-weather observation， rapid observation and computing speed and high precision ，GPS technology is of a wide range of applications in the cadastral control measure in the town of domestic cities. 

Cadastre detailed surveying is an integral part of determination in cadastral vestigation， which purpose is surveying the site of ownership of dot， line， position， shape and quantity， etc. of each land. By cadastral investigation procedures， detailed surveying of cadastre management  on the basis of cadastral plane control measure allow the error in urban neighborhood periphery， and within the estate boundary location point obviously neighborhood for 10cm distance tolerance， urban neighborhood and internal hidden inside the village site management point for 15 cm distance tolerance. Using GPS RTK technology can completely meet the accuracy requirement， and Suggest that the technology be used in parts measurement area for the suitable layout GPS point 

Keywords: cadastral surveying；GPS；RTK；control network

目  录

第一章  绪论    1

1.1 研究的背景和意义    1

1.2 本文研究的主要内容    2

第二章  GPS原理及其发展现状    3

2.1 GPS发展概况    3

2.2.1 测距码伪距法定位    3

2.1.2 载波相位法定位    4

2.2 GPS测量的数据处理    4

2.2.1 数据的预处理    4

2.2.2 基线解算    5

2.2.3 网平差    5

2．3    GPS定位的误差来源及影响    5

2.3.1 与卫星有关的误差    5

2.3.2 与信号传播有关的误差    6

2.3.3 与接收设备有关的误差    8

第三章  GPS技术在地籍控制测量中的应用    9

3.1 地籍平面控制网的特点及布设原则    9

3.1.1 地籍基本平面控制网的特点    9

3.1.2 地籍平面控制网的布设原则    9

3.1.3  地籍基本平面网的布设    10

3.1.4 地籍图根控制网的布设    11

3.2 GPS地籍控制测量的实施    11

3.2.1 GPS网技术设计依据    11

3.2.2 GPS网测量精度标准及分级    12

3.2.3 GPS测量的外业实施    12

第四章  GPS-RTK在地籍碎部测量中的应用    13

4.1 差分GPS技术    13

4.1.1 快速静态测量    13

4.1.2 动态测量    13

4.2 GPS碎部测量    13

4.2.1 测量前的准备工作    14

4.2.2 现有测绘控制网的评价与加密    14

4.2.3 数据组织与编码    14

4.2.4 基准站的建设    14

4.2.5 利用流动站GPS接收机采集数据    14

4.2.6 内业差分处理    15

4.3 RTK实时动态测量在地籍测量中应用实例及其可靠性分析    15

4.3.1 RTK 定位精度的分析    15

4.3.2 面积量算及其精度分析    15

结论与展望    16

一、结论    16

二、展望    16

参考文献    18

第一章  绪论

1.1 研究的背景和意义

GPS测量技术是建立在卫星载波相位观测值基础上的实时定位系统，近几年来，GPS卫星定位技术的迅速发展，给测绘工作带来了性的变化，也对地籍测量工作，特别是地籍控制测量工作带来了巨大的影响。在地籍测量工作中，常规测量如三角网测量、导线测量、细部测量，要求点间通视，频繁更换测站，费时费工，而且精度不均匀，外业中不知道测量成果的精度，内业处理后发现精度不合要求必须返工测量，内业和外业的工作强度都较大。应用GPS静态进行地籍控制测量，点与点之间不要求互相通视，避免了常规地藉测量控制时，控制点位选取的局限条件，并且布设成GPS网状结构对GPS网精度的影响也甚小。

由于GPS技术具有布点灵活、全天候观测、观测及计算速度快、精度高等优点，使GPS技术在国内各省市的城镇地籍控制测量中得以广泛应用。利用GPS技术进行地籍测量的控制，没有常规三角网(锁)布设时要求近似等边及精度估算偏低时应加测对角线或增设起始边等繁琐要求，只要使用的GPS仪器精度与等级控制精度匹配，控制点位的选取符合GPS点位选取要求，那么所布设的GPS网精度就完全能够满足地籍测量规程要求。

建设用地中的土地勘测定界是实地确定土地使用界线范围，测定界桩位置，测量使用界线范围内各类土地面积并计算用地面积等测绘技术工作，它为各级的国土资源部门审批土地、地籍管理提供依据和基础资料。建设用地勘测定界的工作程序为:审查用地文件及有关图件~现场踏勘，图上红线设计-实地放样-复核测量-面积量算-绘制建设用地勘测定界图-填绘建设用地管理图-资料整理-归档，经反复实地踏勘、图上设计、权属调查后制定放样数据。

利用GPSRTK技术进行勘测定界放样，能避免解析法和关系距离法放样等放样方法的复杂性，也简化了建设用地勘测定界的工作程序，特别是对公路、铁路、河道、输电线路等线性工程和特大型工程的放样更为有效和实用。RTK是指载波相位实时动态差分(Real-Time-Kinematic)定位，它是GPS定位发展到现在的最新技术，RTK实时处理能达到cm级精度(2cm2ppm)，完全满足建设用地勘测界址点坐标对邻近图根点位中误差不超过5cm及界址线与邻近地物或邻近界线的距离误差不超过10cm的精度要求。所以它在地籍碎部测量中得到广泛的应用。

近几年，RTK技术的快速发展和应用，更将传统的地籍图测量要数人操作完全变成了“个人行为”。RTK技术装置仅需一人操作，不需要点与点之间通视即可测出地籍图，它甚至可以不用布设各级控制点，仅仅依靠一定数量的基准点就可以快速测定宗地界址点、地物(地形)点等的坐标，测定一个待定点坐标仅需若干秒即可完成。再将GPS获得的数据经随机软件处理后直接录入测图软件系统，就可及时获得地籍图，节省了大量的人力、物力，尤其是在开阔的平原地带，遮挡物少，地形平坦，更是RTK技术展示其本领的好地方。

1.2 本文研究的主要内容

（1）本文从GPS定位的基本原理出发，阐述了GPS技术在地籍测量基本平面控制网和图根控制网中的应用，并对其精度进行了初步分析。

（2）详细叙述了实时动态差分技术（GPSRTK）在地籍碎部测量中的应用，并对其精度进行了分析。

（3）根据当前GPS技术的发展现状，基于论文阐述得出了一些结论，并对GPS技术在地籍测量中的应用前景进行了展望。

第二章  GPS原理及其发展现状

2.1 GPS发展概况

GPS系统是1973年开始筹建的，整个系统的研制组建经历了三个阶段，即方案论证阶段（1974—1978年）、系统论证阶段（1979年—1987年）、生产试验阶段（1988年—1993年）。1978年发射了第1颗试验卫星（BlockⅠ），至1988年共发射了11颗BlockⅠ型卫星，经过近10年的试验和研究，证实了该系统具有良好的特性，19年2月开始发射第一颗工作卫星（BlockⅡ），至1993年7月进入轨道可正常工作的BlockⅠ试验卫星和BlockⅡ型工作卫星的总和已达24颗，系统已具备初步工作能力IOC（Initial Operational Capability）。至1995年4月，不计试验卫星在内，已进入预定轨道能正常工作的BlockⅡ型的工作卫星已达24颗，在1995年4月27日美国空军空间部宣布全球定位系统GPS已具有完全的工作能力FOC（Full Operational Capability）。

多年来，我国的测绘工作者在GPS定位的理论与应用方面作了大量的研究，并已发射了我国第一代卫星导航定位系统——北斗卫星导航定位系统。近几年我国又建成了北京、武汉、上海、西安、拉萨、乌鲁木齐等地的永久性GPS跟踪站，进行对GPS卫星的精密定轨，为高精度的GPS定位测量提供观测数据和精密星历。同时致力于我国自主的广域差分GPS（WADGPS）方案的建立，参与全球导航卫星系统（GNSS）和GPS广域增强系统（WAAS）。

GPS系统由3部分组成，即空间卫星星座部分、地面监控部分和用户设备部分。空间卫星星座由24颗工作卫星构成，其中3颗为备用卫星，24颗工作卫星分布在6个轨道平面上，每个轨道平面升交点的赤经相隔60°，轨道平面相对地球赤道面的倾角为55°，每个轨道上均匀分布着4颗卫星，相邻轨道之间的卫星要彼此叉开30°。卫星轨道平均高度约为20200km，运行周期为11h58min。地面监控部分由3部分组成：1个主控站、3个注入站和5个监测站。用户设备部分主要由GPS接收机硬件和数据处理软件，以及微处理器和终端设备等组成。

2.2 GPS测量的定位方法

2.2.1 测距码伪距法定位

测距码是用以测定卫星至地面测站点（接收机）间距离的一种二进制码序列。GPS卫星中所用的测距码从性质上讲属于伪随机噪声码，测距码可分为粗码（C/A码）和精码（P码或Y码）两类，各卫星所用的测距码互不相同且相互正交。C/A码用于进行粗略测距和捕获精码，C/A码的周期为1ms，一个周期含1023个码元，每个码元持续的时间均为1ms/1023=0．977517us，其对应的码元宽度为293．05m，C/A码的测距精度一般为±（2—3）m，采用窄相关间隔技术后的测距精度可达分米级，C/A码是一种结构公开的明码，供全世界所有的用户免费使用，C/A码只调制在L1载波上，故无法精确地消除电离层延迟。P码的周期为1星期，一个周期中约含6．2万亿个码元，每个码元所持续的时间为C/A码的1/10，对应的码元宽度为39．3m，P码的测距精度约为0．3m，为防止敌对方对GPS信号进行电子干扰和电子欺骗，美国从1994年1月31日起实施了AS，由于P码的码元宽度仅为C/A码的1/10，而且该测距码又同时调制在L1和L2两个载波上，可较完善地消除电离层延迟。

伪距法定位是GPS接收机在某一时刻测的4颗以上GPS卫星的伪距，根据卫星的已知位置，采用后方交会的方法确定接收机所在位置的三维坐标。该方法的直接量测值伪距是信号到达接收机的时刻与信号离开卫星的时刻之差与真空中的光速的乘积。设接收机钟差为、卫星钟差为、电离层延迟改正为、对流层改正为、卫星星历误差在矢径方向的投影为，多路径误差为，测量噪声为，则伪距观测方程为：

2.1.2 载波相位法定位

载波可运载调制信号的高频振荡波，GPS卫星的载波有两个，L1载波和L2载波。L1载波是由卫星上的原子钟所产生的基准频率（=10.23MHZ）倍频154倍后形成的， =1575.42 MHZ，其波长=19.03cm；L2载波是由卫星上的原子钟所产生的基准频率倍频120倍后形成的， =1227.60 MHZ，其波长=24.42cm；采用两个不同频率载波的目的是为了较完善的消除电离层的延迟，采用高频载波的目的是为了更精确测定多普勒频移和载波相位，以减少信号的电离层延迟。载波被当作一种测距信号来使用，其测距精度比伪距测量的精度高2～3个数量级。

载波相位定位是指由接收机产生的基准信号的相位与接收到的来自卫星的载波相位的差来计算接收机所在位置的三维坐标。设为整周模糊度，则观测方程为：

2.2 GPS测量的数据处理

GPS测量的数据处理一般均借助软件自动完成。包括测量数据的预处理、基线向量的解算、GPS基线向量网与地面网各类数据进行联合平差或约束平差和坐标系统的转换几个阶段。

2.2.1 数据的预处理

数据预处理的主要目的是得出最终用于基线解算的观测数据和信息，包括“干净”的观测值、基线端点的近似坐标、每个观测历元的接收机钟差、标准化卫星轨道数据等。数据预处理的主要工作包括数据传输和解码、数据筛选和编辑、数据标准化、接收机钟差估计、差分观测值或线性组合观测值形成、基线向量近似值估算和周跳探测、修复或标记等。

2.2.2 基线解算

基线解算的结果包含的内容很多，最主要的有两项：基线向量估值和验后方差-协方差阵。基线解算的模式有单基线解模式、多基线解模式、整体解模式，最常用的是单基线解模式。

2.2.3 网平差

GPS网平差包括无约束平差、约束平差、联合平差。

（1）无约束平差

GPS网无约束平差所采用的观测量完全是GPS基线向量，平差通常在与基线向量相同的地心地固系下进行。进行无约束平差的目的是评定GPS网的内符合精度以及基线向量有无明显的系统误差和粗差。

（2）约束平差

GPS网的约束平差中所采用的观测量也完全是GPS基线向量，但与无约束平差所不同的是在平差过程中引入了会使GPS网的尺度和方位发生变化的外部起算数据。GPS网的约束平差常被用于实现GPS网成果由基线解算时所用GPS卫星星历所采用的参照系到特定参照系的转换。

（3）联合平差

在进行GPS网平差时，所采用的观测值不仅包括GPS基线向量，而且还包含边长、角度、方向和高差等地面常规观测量。联合平差也被用于实现GPS网成果由基线解算时所用GPS卫星星历所采用的参照系到特定参照系的转换。

2．3 GPS定位的误差来源及影响

在GPS测量中，影响观测值精度的误差主要有三类：与卫星有关的误差、与信号传播有关的误差、与接收机有关的误差。

2.3.1 与卫星有关的误差

1．卫星星历误差

由卫星星历所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。在GPS定位测量中，削弱卫星星历误差的方法通常有以下几种：

（1）轨道松弛法

在数据处理时，将卫星广播星历给出的轨道参数作为初始值，而将表征卫星运行轨道的轨道参数设为未知数并与其他未知参数一同进行求解。通过平差计算，不仅可以求出观测站的位置坐标，同时也能求出卫星轨道参数的改正值。

（2）建立卫星跟踪网进行定轨

建立GPS跟踪网，进行定轨，自己提供高精度的精密星历，满足精密GPS测量定位的要求。

（3）进行同步观测求差分法

卫星星历误差对距离不太远（20km以内）的两个观测站的影响基本相同、具有系统性。在相邻的两个或多个观测站上对同一颗卫星进行同步观测，将相应的观测量求差分，可以有效地削弱卫星星历误差的影响，提高定位的精度。

2. 卫星钟误差

卫星钟误差是指卫星时钟的时间读数与GPS标准时间之间的偏差（物理同步误差）。对于卫星钟差，GPS系统是利用地面监控系统对卫星时钟运行状态进行连续的监测而精确测定的并以二阶多项式的形式表示：

式中，为卫星时钟改正的参考历元；分别为卫星时钟的钟差、钟速、和钟速的变化率。这些参数是由地面监控系统的主控站测定，并通过卫星的导航电文提供给用户使用。通过卫星钟差改正后，卫星时钟与GPS标准时间的同步差在20ns（数学同步差），由此产生的等效距离误差不大于6m。要想进一步削弱卫星时钟残差对测量定位的影响，可以采用求差的方法处理。

3. 相对论效应误差

相对论效应误差是指卫星上的时钟和地球上的时钟所处的状态不同而引起的卫星时钟与地球上时钟产生相对种误差的现象。消除相对论效应误差的主要方法是预先将卫星时钟频率降低4．449×10－10 。

2.3.2 与信号传播有关的误差

1．电离层延迟

当GPS卫星信号通过电离层时，与其他电磁波信号一样，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化。用信号的传播时间乘以真空中的光速而得到的距离不等于卫星至接收机间的距离，这种偏差称为电离层折射误差。在电离层中含有很高的自由电子，它属于弥散性介质。GPS卫星信号通过电离层时，电离层对载波信号的相折射率为：

群折射率为：

由相折射率的变化引起的距离延迟为：

群折射率的变化引起的距离延迟为：

为电子的密度（电子数/m3），电磁波信号的频率，在电磁波信号传播路径上电子的总数。在GPS信号中，测距码信号是以群速度在电离层中传播的，而载波信号是以相速度在电离层中传播的。从上式可以看出：进行伪距测量时，所测得距离总是比真实距离长，而进行载波相位测量时，所测得距离总是比真实距离短。

在GPS定位中，通常采用以下方法消除或减弱电离层折射误差对观测值的影响。

（1）利用双频观测法

GPS卫星发射的两个频率和信号是沿着同一条路径传播到达接收机天线的，在电磁波信号传播路径上电子的总数是相同的。所以利用这一点可以消除电离层折射的影响。实际资料表明，利用双频观测法改正电离层延迟，距离残差值可达厘米级。

（2）利用电离层改正模型

利用导航电文中提供的电离层改正模型进行改正适合于单频接收机用户。改正后的残差大约为实际延迟量的20%-40%。

（3）利用同步观测求差分法

当相邻测站间的距离较近时，由于卫星信号到达不同测站的路径相近，所经过的介质状况相似，通过不同测站对相同卫星的同步观测值求差，可显著减弱电离层折射影响，其残差不超过1×10-6。

（4）利用码/载波相位扩散技术

码/载波相位扩散技术的基本思想是利用电离层折射误差对电磁波传播的相速度和群速度的影响值大小相等，符号相反。通过对码观测值和载波相位观测值进行加权组合，以达到消除电离层折射的影响。

（5）选择最佳的观测时间进行观测

2．对流层延迟

对流层的介质对GPS信号没有弥散效应，其群折射率与相折射率相等。对流层折射对观测值的影响可分为干分量与湿分量两部分，干分量主要与大气的温度与压力有关，湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关。

消除对流层折射的影响，通常有以下几种处理方法：

（1）应用对流层模型加以改正

测定测站周围的气象元素，代入对流层模型计算改正数，这种方法可消除对流层传播误差的92%~93% 。

（2）对流层影响的附加待估参数求解

在网平差的过程中为每一观测值的天顶方向对流层延迟引入一个待估参数，其值在整个网平差中估计出来。

（3）同步观测值求差

与电离层的影响相似，当两观测站相距不太远时，由于信号通过对流层的路径相同，对流层的物理特性相似，对同一卫星的同步观测值求差，可以明显地减弱对流层折射的影响。

3．多路径误差

多路径效应是指接收机天线除直接收到卫星的信号外，还可能收到经天线周围物体反射的卫星信号。两种信号叠加将会引起天线相位中心位置的变化。而这种变化随天线周围反射面的性质而异，很难控制。目前减弱多路径效应影响的主要办法有：

（1）仔细选择天线安置的位置，避开较强的反射面。

（2）选择造型良好的（微带、扼流圈）天线并扩大天线盘，使之带有抑径板。

（3）针对多路径误差的周期性，采用较长观测时间的数据取平均值。

2.3.3 与接收设备有关的误差

1．接收机时钟误差

接收机时钟与卫星时钟的同步误差为1时，产生等效距离误差为300。处理接收机钟差比较有效的方法有：

（1）将接收机钟差设为未知数。

（2）将接收机钟差表示为多项式的形式。

（3）利用测站间同步观测值求差。

2．接收机位置误差

接收机天线的几何中心相对于观测站标石中心的位置偏差称为接收机位置误差。消除或减弱该误差的方法有：

（1）应经常对接收机天线的整平和对中设施进行严格的检验和校对。

（2）在风力较大的情况下，应该采取适当的防风措施。

（3）可以采用建立观测墩的方法进行强制对中。

3．接收机天线相位中心位置误差

接收机天线相位中心位置误差是指接收机天线相位中心偏离天线的几何中心的偏差。消除或减弱接收机天线相位中心位置误差的方法有：

（1）同步观测值求差。

（2）采用扼流圈天线。

第三章  GPS技术在地籍控制测量中的应用

3.1 地籍平面控制网的特点及布设原则

地籍控制测量分为地籍平面控制测量和高程控制测量。地籍测量主要是测绘地籍要素及必要的地形要素，形成以地籍要素为主的平面图，一般不要求高程控制，故在此只讲述地籍平面控制测量。

3.1.1 地籍基本平面控制网的特点

根据城镇地籍测量对平面控制网的要求，地籍平面控制网具有以下几个特点。

(1)城镇地籍测量的测区位于城镇，其对控制网的要求应和城市控制网一并考虑。在地籍测量方面，产权地籍要向多用途地籍方向发展。多用途地籍以产权地籍为基础，要综合更多与土地有关的信息，它不仅为征税和产权服务，而且要广泛地用于城市规划和设计，所以要尽量利用满足精度要求的城市控制网。一般，满足现行《城市测量规范》的城市测量控制网也满足城镇地籍测量的要求。

(2)城镇地籍测量本身有较高的精度要求，一是地籍图的比例尺较大，一般采用1：500，1：1000比例尺测绘地籍图，地籍图点位的相对平面位置精度要求较高，如《规程》中规定相邻界址点间距、界址点与邻近地物点间距离的中误差不大于图上0.3mm；二是对界址点及其相邻的解析精度的要求较高，如《规程》规定界址点的点位中误差和界址点间距中误差对一、二类(级)界址点分别为5cm， 7.5cm。这样，对地籍基本平面控制网的点位精度和长度变形值都要提出较高的精度要求。

(3)在城镇地籍测量中，由于建筑初比双蹭呆，符别死示双谊的苍顶眨的迂毛区，示四面积小、集中又不规则，除非将测站选在较高的建筑物上，使用全站仪或半站仪施测，否则就要布设较多的图根点来施测界址点和地物点，基本平面控制点的密度也要相应地增加。

(4)在城镇，由于建筑物密集，道路纵横交错，适合在基本网的控制下加密导线形式，在小城镇可以采用导线网作为测区的首级平面控制。农村地区地籍测量因地域空旷和施测地籍图的比例尺较城镇地籍测量要小(一般农构地区地籍因测图比例尺为1：5000或1：10000)，故控制网可以在国家大地网下采用插网(锁)、插点和导线测量等方法加密。

3.1.2 地籍平面控制网的布设原则

地籍平面控制网包括基本控制网和地籍图根控制网。基本控制网分为二、三、四等控制网和一、二级控制网。根据城镇规模，各等级控制网均可作为城镇首级控制，为满足测绘地籍图需要，要在基本控制网点的基础上布设地籍图根控制网，可根据实际需要按两级布设。城镇地籍平面控制网的布网原则是：

(1)应遵循“从高级到低级”、“从整体到局部”、“分级布网逐级控制”的原则。首级网应一次全面布设，加密网可视地籍测量的次序，分期分批布设，具备条件的城镇也可布设全面网或越级布网。

(2)城镇地籍平面控制网尽量利用已有的等级控制网(国家三角网或城市平面控制网进行加密，但对原有成果必须进行可靠地分析和检测，以符合现行规程要求。

(3)坐标系统的选择。《规程》中规定：“地籍平面控制测量坐标系统尽量采用国家统—坐标系统，条件不具备的地区可采用地方坐标系或任意坐标系。”即地籍平面控制网的坐标系统最好和国家统一坐标系取得一致，但为满足地籍及城市管理工作的需要，应要求由地籍测量中反算的边长(如用解析法施测界址点坐标反算的界址边长)与实量的边长尽可能相符，即要求长度的相对变形限值为1/40000或2.5cm/km，当长度的相对变形值大12.5cm/km时可采用；投影于抵偿高程面上的高斯正形投影3°带的平面直角坐标系统；高斯正形投影任意带的平面直角坐标系统，投影面可采用黄海平均海水面或城镇平均高程面，即所谓地方坐标系或任意坐标系。    ’

(4)地籍控制点要有足够的密度。每幅地籍图内至少有两个相互通视的埋石控制点。图根控制点的密度既要顾及测图比例尺精度，又要保证从测站到界址点的量距长度小于50米(使用全站仪或半站仪时长度可适当放宽)。尤其在建筑密集的城区，控制点间距还要小，故按传统的仪器、工具和方法作业，地籍控制点的密度一般要比地形测量控制点的密度大。

3.1.3  地籍基本平面网的布设

地籍基本平面控制网包括首级控制网和加密控制网。首级控制网应能长期使用，因此布设控制网的范围应覆盖中长期的城市规划区域，城市规划区域经与规划部门联系后划定。随着全球定位系统(GPS)技术的广泛应用，以及GPS定位技术具有精度高、速度快、费用省、操作简便、控制点间勿需通视等优势，首级平面控制网应优先以GPS网形式布设，采用GPS接收机测定控制点的坐标。条件不具备时，也可布设成导线网、测边网、边角网、三角网等，采用全站仪等测定控制点的坐标。首级平面控制网的精度，要能保证四等网中最弱相邻点的相对点位中误差，以及四等以下各等级控制点相对于上级控制点的点位中误差不超过5cm。布设首级平面控制网时，必须先作技术设计。经上级业务主管部门批准后方可实施。

加密控制网应按地籍测量开展的计划安排，可分期、分片布设，也可以一次整体布设完成。加密控制网可以来用GPS网或导线网的形式布设。当调查区域范围较大，并要求一次整体布设加密控制网时，一般多采用GPS网形式布设。布设导线同时，导线宜布设成直伸形状，当附合导线长度超过《规程》规定时，应布设成结点网。结点与结点、结点与高级点之间的导线长度，不应超过附合导线长度的70％。

3.1.4 地籍图根控制网的布设

(1)地籍图根控制网的特点

为满足地籍细部测量和日常地籍管理(主要是针对权属界址进行各种变更测量)的需要，在基本控制(首级网和加密控制网)点的基础上，加密的直接供测图及施测界址点使用的控制网称为地籍图根控制网。与地形测绘的图根控制网相比，地籍图根控制网有下述特点。

①地形测绘的图根控制网布设规格(点位精度、技术要求等)由当时的测图比例尺决定，不同成图比例尺图根控制网的规格之间相差甚大。而地籍图根控制网布设规格，应满足测量界址点坐标的精度(中误差为5cm， 7.5cm)要求，与地籍图的比例尺大小基本无关。

②地形测绘的图根控制点，是为地形细部测量而布设的、测图(整个项目)完成后，为日后图的补测和修改，要有一定数量的埋石点，但多数点均设临时性标志。而地籍图根控制点不仅要为当前的地籍细部测量服务，同时还要为日常地籍管理(各种变更地籍测量和土地有偿使用过程中的测量等)服务，因此地籍图根点原则上应埋设永久性或半永久性标志。

③由于地籍图根控制点密度是根据界址点位置及其密度而决定，因此几乎所有的道路上都要布设地籍图根导线。一般说来，地籍图根控制点密度比地形图根控制点密度要大。

(2)地籍图根控制网布设方式

在城镇建成区，通常采用导线布设地籍图根控制网。例如，对于中等以上城市，在地籍基本控制网下，布设一级地籍图根导线网，然后可采用二级图根附合导线或导线网加密。在建筑物稀少、通视良好的地区，也可布设地籍图根三角网。有条件的，应采用GPS的RTK技术直接施测所有的图根点。

3.2 GPS地籍控制测量的实施

GPS地籍控制测量与常规地面控制测量相类似，也分技术设计、外业实施及内业数据处理三个阶段。

3.2.1 GPS网技术设计依据

GPS网技术设计的主要依据是GPS测量规范(规程)和测量任务书。GPS测量规范(规程)是国家测绘行业管理部门制定的技术法规，目前GPS网设计依据的规范(规程)有：2001年国家测绘局发布的测绘行业标准<全球定位系统(GPS)测量规范>；1998年建设部发布的行业标准<全球定位系统城市测量技术规程>。在GPS网技术设计时，一般首先依据测量任务提出GPS网的精度、密度和经济指标，再结合规范(规程)规定并现场踏勘，具体确定各点间的连接方法，各点设站观测的次数、时段长短等布网观测方案。

3.2.2 GPS网测量精度标准及分级

对于各类GPS网的精度设计主要取决于网的用途。用于城镇地籍测量的GPS控制网，其等级划分、布设规格及精度要求可参照《全球定位系统城市测量技术规程》中的相关规定。

3.2.3 GPS测量的外业实施

GPS测量外业实施包括外业准备、外业观测和成果整理三个阶段。

①外业准备。外业准备阶段的主要工作是进行技术设计和选点埋石。技术设计应根据上述规范(规程)、测区范围、测量任务的目的及精度要求，测区已有测量资料的状况，以及测区所采用的坐标系统，考虑GPS技术的特点，在实地踏勘的基础上，优化设计GPS网布设方案。该技术设计应确定使用接收机的台数，同步图形的连接方式，设站次数和观测时段长等；还需要根据作业日期的卫星状态图表，制订作业进程安排计划。

GPS网各点之间不要求通视(但应适当考虑下一级测量对通视的要求)。GPS点的点位应选在视野开阔处，避开高压电线、变电站、电视台等设施，还应尽量选在交通方便的地方，点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效应的影响。点位应尽量和测区原有已知点重合，否则至少应联测3个已知点，当所选点位需要进行水准联测时，选点人员应实地踏勘水准路线，提出有关建议。

②外业观测。GPS外业观测是指用GPS接收机获取GPS卫星信号，主要工作包括天线设置、接收机操作和测站记簿等。GPS操作的自动化程度相当高，一般只需按几个功能键就可进行测量。具体操作方法可参考有关仪器说明书。

③成果整理。外业成果整理包括应用随机软件进行GPS基线向量的解算，计算同步环闭合差、非同步多边形闭合差及重复边的较差，检查它们是否超过规定的限差，如超限，应分析其原因，然后进行重测或补测。

④GPS控制网平差。将外业计算获得的基线向量，即在WGS—84坐标系中的三维坐标差，作为观测数据，组成基线向量网进行GPS控制网平差。一般首先在WGS—84坐标系中进行三维无约束平差，然后考虑坐标转换问题，在网中加入地面已知点的坐标进行三维或二维的约束平差，以将各点坐标转换为实用坐标系(如北京54坐标系或西安80坐标系)的坐标。

GPS控制网的平差计算一般采用随机软件或国内自主研制开发的软件进行。

第四章  GPS-RTK在地籍碎部测量中的应用

4.1 差分GPS技术

差分GPS(DGPS)是最近几年发展起来的一种新的测量方法。实时动态(Real Time Kinematic简称 RTK)测量技术，也称载波相位差分技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。实时动态测量的基本思想是，在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见 GPS 卫星进行连续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在流动站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示流动站的三维坐标及其精度。实时动态(RTK)定位测量系统的构成实时动态定位测量系统主要由以下三部分构成:

①卫星信号接收系统在实时动态定位测量系统中。应至少包含两台GPS接收机，分别安置在基准站和流动站上。当基准站同时为多用户服务时，应采用双频 GPS 接收机，其采样率与流动站采样率最高的相一致。

②数据传输系统(数据链)。由基准站的数据发射装置与流动站数据接收装置组成，它是实现实时动态测量的关键性设备。其稳定性依赖于高频数据传输设备的可靠性与抗干扰性。为了保证足够的数据传输距离及信号强度，一般在基准站还需要附加功率放大设备 。

③软件解算系统。实时动态定位测量的软件解算系统对于保障实时动态测量结果的精确性与可靠性，具有决定性的作用。在具体外业测量中，可以根据精度要求的不同，选用静态差分定位，快速静态差分定位，动态差分定位或实时动态差分(RTK)等不同的作业模式。

4.1.1 快速静态测量

GPS接收机在每一用户站上进行静止观测。在观测过程中，连同接收到的基准站的同步观测数据，实时地解算整周未知数和用户站的三维坐标。采用这种模式作业时，接收机可以不必保持对GPS卫星的连续跟踪，定位精度可达1～2cm。这种方法可应用于城市、矿山等区域性的控制测里、工程测量和地籍测量。

4.1.2 动态测量

动态测量模式，一般需首先在某一起始点上，静止地观测数分钟，以便进行初始化工作。之后，运动的接收机按预定的采样时间间隔自动地进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时地确定采样点的空间位置。目前，其定位精度在厘米级。

4.2 GPS碎部测量

目前，我国已经制定出《全球定位系统(GPSAA规范》，由于将差分GPS运用于大地测量尚处于研究阶段，没有相关的规程出台。通过工作实践，总结出运用差分GPS进行地籍碎部测量实施方法与步骤。

4.2.1 测量前的准备工作

准备工作包括熟悉接收机的操作，差分处理软件的熟练使用，制定野外测量操作规程及组建作业队伍等。在分析地籍测量的各种复杂情况基础上，制定出适合GPS 测量特点的操作规程。此外，测量队伍的组建也很关键，一个作业队应该至少由2人组成，仪器操作员，记录员。记录员由了解土地权属情况的人员充当，仪器操作员的任务是操作GPS 接收机，监视工作状态是否正常。

4.2.2 现有测绘控制网的评价与加密

测区内必须有一定数量的己知控制点。如果测区内没有控制点，或密度不够，可以用GPS静态差分定位技术进行引点或加密。

4.2.3 数据组织与编码

一般说来，用一台 GPS 接收机作为基准站，测站GPS接收机则有数台，同时进行测量。为了避免差分处理时数据管理混乱，我们对每台流动站GPS接收机进行编码，如1号，2号，3号，……，N号，在每一台动接收机进行测量时，其数据文件名需包含日期、机号、文件序号等信息，这样便于数据的内业处理和存档管理。此外，在野外测量中除采集权属界线的空间坐标外，还要采集权属，土地利用类型等属性信息。因此在测量前应该对各属性进行统一编码。编码原则应该与地籍测量中的编码原则一致。

4.2.4 基准站的建设

如果测区内有足够数量的GPS测量控制点，将基准站设置在测区中心位置。基准站周围要求无高大建筑物、树木等地物的遮挡，无强的电磁干扰(如变电站、高压线等)。用三角架将GPS抗多路径效应的天线架在已知点上，天线用专用电缆与GPS接收机相联，打开GPS接收机进行初始化。设置采样率(大于或等于移动站)和天线视角(基准站一般为10°)等参数。一旦准备工作完成，即可开始采样。如果测区内没有任何测量控制点，则需从测区外的已知点引点建立控制点，如果测区面积大，控制点太少，则需要进行加密。

4.2.5 利用流动站GPS接收机采集数据

根据地籍测量的要求，需要采集两类数据:一是地块的地理坐标数据；二是属性数据如权属、利用类型等。测量前打开GPS接收机，锁定4颗以上卫星，进入Setup菜单进行初始化，设置采样率和天线视角。移动站和天线视角最好大于基准站的天线视角，一般来说，移动站离基准站的距离每增加100km，移动站的天线视角就增加1°，这样保证移动站的所有可见GPS卫星都包含在基准站的可见卫星中。当初始化完成后即可开始移动测量。GPS接收机可由人手持步行，或放在自行车、摩托车、汽车等载体上。根据实验，当GPS接收机放在时速为60km的汽车上进行测量时，对精度没有影响。在测量中，天线要架在一个支撑杆上，举过人的头顶垂直移动天线，避免严重的地物遮挡。如果发生这种情况，可能导致跟踪的卫星数目小于4个，不能进行3维定位。考虑到卫星在空间的几何分布等因素，要求测站必须观测4颗以上的卫星。否则应该将不能进行3维定位的数据从序列中剔除，以免影响差分结果。每测一个地物，同时填写野外记录表。

坐标的采集和属性的采集没有很好地集成到GPS接收机上，它们之间的关联是通过在GIS内部交互式编辑来完成的。不过，许多GPS接收机生产厂家开始改变这种现状。Trimble公司采取用一台便携式计算机与GPS接收机相连，通过Geolink软件来负责属性数据的采集。而PromarkX-CM接收机中，每开始一个新文件名时，可以输入72个字符的文件描述信息。借此功能，我们在开始移动采集数据前，输入地块边界的左右地块属性，通过这种办法，在内业处理中可以识别测量地块的属性信息，通过交互编辑赋给图斑。

4.2.6 内业差分处理

内业差分处理的任务是根据基准站和流动站得到的观测量，按某种差分算法解算出移动测站在WGS84坐标系下的坐标值。一般GPS接收机都配备有差分后处理软件，可以提供差分方法，如：位置差分、伪距静态差分、移动差分和厘米级的载波相位差分等。

4.3 RTK实时动态测量在地籍测量中应用实例及其可靠性分析

4.3.1 RTK 定位精度的分析

我们选择了一地区的界址点进行实时动态测量，同时为了验证RTK接收机的定位精度，测量采用RTK接收机1+1配置，即一台参考站与一台流动站。试验方法采用双基站法检验，其中只列6个点较差，全网25点均进行比较，其平面最大较差ΔXmax=27mm，ΔYmax=20mm，ΔHmax=21mm，计算其平均较差 ΔX=19mm，ΔY=13mmΔH=18mm，进一步计算其平面最弱点中误差为±15mm，高程最弱中误差为±13mm，因此可见RTK实时测量的精度与静态观测精度是相当的。高程精度与四等直接水准匹配。

4.3.2 面积量算及其精度分析

面积量算是从面状地物的变化边界的起点开始，沿边界移动天线至终点，终止当前文件的记录，形成一个封闭的多边形，然后利用RTK软件来求其面积。

面积精度分析的方法为通过GPS测量图斑与变更调查图斑进行比较分析，评价指标为分档面积中误差。实时RTK测量无论从其相对精度与绝对精度都有保证，在实际生产中可以加以推广应用。

结论与展望

一、结论

GPS卫星定位技术的迅速发展，给测绘工作带来了性的变化，也对地籍测量工作，特别是地籍控制测量工作带来了巨大的影响.应用GPS进行地籍控制测量，点与点之间不要求互相通视，这样避免了常规地藉测量控制时，控制点位选取的局限条件，并且布设成GPS网状结构对GPS网精度的影响也甚小。由于GPS技术具有布点灵活、全天候观测、计算速度快、精度高等优点，使GPS技术在国内各省市的城镇地籍控制测量中得以广泛应用。利用GPS技术进行地籍测量的控制，没有常规三角网（锁）布设时要求近似等边及精度估算偏低时应加测对角线或增设起始边等繁琐要求，只要使用的GPS仪器精度与等级控制精度匹配，控制点位的选取符合GPS点位选取要求，那么所布设的GPS网精度就完全能够满足地籍测量规程要求。

RTK测量的点位精度是均等的，不存在误差累计与传递，相邻图根点仅是地理位置上的相邻，与常规导线测量的“相邻点”内涵完全不同。对于短边而言，由于其过短反而使得边长相对误差、水平角误差显得大一些，因而不应以导线邻边相对误差、角度中误差等指标来衡量RTK相邻点精度的指标。

RTK测量与常规测量方法相比，具有快捷、方便的特点:

（1）减少人力费用，仅需要一个人来操作，完成初始化后，在界址点上短时间进行一些处理即可以完成测量工作。

（2）定位精度高，测站间无需通视。

（3）可以实时测量点位坐标，实现数据自动记录，减少外业工作量，又便于内业数据处理。

二、展望

随着RTK技术的日益成熟和RTK的普及，RTK将在城市测量中得到广泛的应用。RTK技术将作为GPS定位技术又一个光辉的里程碑记入测绘技术发展史册，它使全球定位GPS技术向更深、更强、更广的方面发展，由此进一步推动了GPS的应用，掀起了一场巨大的GPS效益。RTK测量技术的应用，将极大地推进城镇全解析的数字化地籍测量技术的发展，使城镇地籍管理和地籍测量手段实现自动化和半自动化，有力地促进城镇地籍信息系统的建设和城镇地籍管理水平的提高。

目前，随着GPS技术和数字网络传输技术的发展，国内有多个城市和地区如深圳、上海、北京、成都、昆明、广州等城市都先后相继建成和使用了网络RTK(CORSRTK)系统技术。与常规RTK相比，其系统解决了数据传输困难、临时基站架设和人员设备投人多等问题，覆盖范围大、作业距离远、应用领域广、测量效率高、精度更加可靠。随着CORS-RTK系统技术的发展、完善、普及和应用，将使地籍地形测量等测绘技术和方法发生深刻变革，其工作将变得更加轻松和简单易行。

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