GPS控制網(wǎng)的建立在土地確權(quán)中的應(yīng)用分析

李燕敏魏 瑤潘蘭蘭

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 渭南714099 2.四川省煤田測(cè)繪工程院 四川 成都610000)

0 引 言

隨著國(guó)土資源部加快農(nóng)村集體土地確權(quán)登記步伐,我國(guó)土地市場(chǎng)將進(jìn)入全新的“數(shù)字化”時(shí)代[1]。2013年1月31日下發(fā)的中央一號(hào)文件提出,要全面開(kāi)展農(nóng)村土地確權(quán)登記頒證工作。而測(cè)繪人員在其中充當(dāng)?shù)淖饔门e足輕重,從獲取第一手原始數(shù)據(jù)到最后數(shù)據(jù)入庫(kù),工作效率的高低都直接由外業(yè)數(shù)據(jù)采集人員獲得的數(shù)據(jù)質(zhì)量好壞決定[2]。

目前GPS這種徹底的技術(shù)革命在我國(guó)許多相關(guān)學(xué)科和行業(yè)中帶來(lái)巨大應(yīng)用研究潛力。當(dāng)前我國(guó)提出的“數(shù)字中國(guó)”、“數(shù)字省區(qū)”、“數(shù)字工程”就是由3S技術(shù)構(gòu)建的一個(gè)用于集成各類(lèi)自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人文、環(huán)境等信息的統(tǒng)一地理空間載體,其中GPS以實(shí)時(shí)、快速的特點(diǎn)將在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮極其重要的作用[3-5]。目前,GPS定位技術(shù)經(jīng)國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者在應(yīng)用領(lǐng)域不斷開(kāi)拓及相關(guān)技術(shù)人員對(duì)硬件的完善和軟件的開(kāi)發(fā),使其在測(cè)量工作中的應(yīng)用開(kāi)拓了廣闊前景[6-8],本文研究?jī)?nèi)容正是基于GPS技術(shù)和國(guó)家土地政策基礎(chǔ)之上展開(kāi)的。

1 準(zhǔn)備工作

測(cè)前準(zhǔn)備主要包括:測(cè)區(qū)踏勘,資料收集,儀器和人員準(zhǔn)備。

1.1 測(cè)區(qū)踏勘

踏勘主要是了解交通、水系、植被、控制點(diǎn)、居民點(diǎn)等的分布情況和當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗民情,便于后期測(cè)量工作開(kāi)展。

1.2 資料收集

收集的資料主要包括1∶1萬(wàn)～1∶10萬(wàn)比例尺地形圖,各類(lèi)控制點(diǎn)成果等。據(jù)調(diào)查,該區(qū)域已于2008—2009年在瀘州市中心城區(qū)城鎮(zhèn)地籍測(cè)繪、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)及市級(jí)成果匯總項(xiàng)目中完成涵蓋江陽(yáng)區(qū)、龍馬潭區(qū)、納溪區(qū)約350 km2的控制測(cè)量。本次收集到的已知點(diǎn)資料有:三等GPS控制點(diǎn)19個(gè)(已覆蓋本項(xiàng)目范圍)、四等GPS控制點(diǎn)142個(gè)、Ⅰ級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)270個(gè)、三等水準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)37個(gè)、四等水準(zhǔn)測(cè)量點(diǎn)96個(gè)以及測(cè)區(qū)1∶1萬(wàn)正射影像圖。資料由瀘州市國(guó)土資源局提供,可供生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)計(jì)、工作安排等使用。

1.3 人員準(zhǔn)備

測(cè)量中人員的組織安排對(duì)測(cè)量進(jìn)度以及最終結(jié)果都有重要影響,因此本次測(cè)量工作中嚴(yán)格按照以下要求進(jìn)行:① 項(xiàng)目人力資源配置原則;② 人力資源實(shí)行動(dòng)態(tài)管理;③ 人力資源使用原則;④ 作業(yè)力量的具體安排;⑤ 人力資源培訓(xùn)計(jì)劃。

根據(jù)作業(yè)量及儀器配置情況,此次GPS控制測(cè)量擬使用40人,其中四等水準(zhǔn)測(cè)量15人,GPS靜態(tài)測(cè)量25人。

2 網(wǎng)形設(shè)計(jì)

控制網(wǎng)精度選擇決定控制測(cè)量的整體安排?？刂凭W(wǎng)精度選擇是由工程項(xiàng)目的具體需求決定的。不同等級(jí)的GPS控制網(wǎng)對(duì)網(wǎng)形設(shè)計(jì)要求不同:三等、四等GPS網(wǎng)可以布設(shè)成多邊形網(wǎng)和復(fù)合路線。根據(jù)前期收集的已有控制網(wǎng)點(diǎn)圖、點(diǎn)之記、成果表、技術(shù)設(shè)計(jì)和總結(jié)、本測(cè)區(qū)內(nèi)地形圖、交通圖等相關(guān)圖件資料進(jìn)行分析研究并進(jìn)行實(shí)地踏勘,完成GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)圖上標(biāo)示出收集的已知控制點(diǎn)位、新布設(shè)點(diǎn)位、觀測(cè)時(shí)行走的交通路線:既要考慮網(wǎng)形設(shè)計(jì)的美觀性,又要提高作業(yè)效率,最后再根據(jù)單位實(shí)力考慮儀器設(shè)備數(shù)量,在地形地貌現(xiàn)有條件上優(yōu)化網(wǎng)型[9-11]。

本次GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形如下所示(圖1)。測(cè)區(qū)四等GPS控制網(wǎng)在原三等GPS控制網(wǎng)基礎(chǔ)上,采用網(wǎng)連式布設(shè)方案,共布設(shè)46對(duì)點(diǎn)(對(duì)點(diǎn)互相通視),共計(jì)92個(gè)四等GPS點(diǎn)、18個(gè)三等GPS點(diǎn)和GYM(觀音廟)二等三角點(diǎn)組成四等GPS網(wǎng),最長(zhǎng)邊為7 323 m,最短邊為219 m,平均邊長(zhǎng)為1 937 m。

圖1 GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計(jì)圖(1∶10 000)

由于確權(quán)工作的特殊性,結(jié)合地域差異,在布網(wǎng)時(shí)要考慮居住、交通的特點(diǎn),居住區(qū)盡量布點(diǎn)較密些,在滿足要求的情況下,在山地、丘陵等人煙稀少的地方盡量少布點(diǎn),減少工作量,提高高精度點(diǎn)位利用率,進(jìn)而提高整體的精度和效率。

3 GPS數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

3.1 數(shù)據(jù)采集

根據(jù)規(guī)范要求,本次采用四等GPS點(diǎn)觀測(cè),接收機(jī)類(lèi)型為中海達(dá),用邊、點(diǎn)混合的聯(lián)結(jié)方式推進(jìn),執(zhí)行《衛(wèi)星定位城市測(cè)量規(guī)范》(CJJ/T73—2010)中四等GPS標(biāo)準(zhǔn)。

GPS數(shù)據(jù)處理是從原始觀測(cè)值出發(fā)得到最終測(cè)量定位成果的,其數(shù)據(jù)處理過(guò)程大致分為數(shù)據(jù)預(yù)處理、基線向量解算、無(wú)約束網(wǎng)平差和約束網(wǎng)平差這4個(gè)過(guò)程[12]。

3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)梳理采用擾善康的Pinnacle V1.0。數(shù)據(jù)預(yù)處理是先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行的一個(gè)粗加工,即對(duì)原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行編輯、對(duì)多余數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除,對(duì)星歷數(shù)據(jù)整理等,生成一個(gè)有用的數(shù)據(jù)文件,然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自由網(wǎng)平差計(jì)算做準(zhǔn)備。它的基本內(nèi)容是:數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)文件格式或相應(yīng)軟件數(shù)據(jù)格式、衛(wèi)星星歷標(biāo)準(zhǔn)化、修復(fù)載波相位觀測(cè)值、對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行必要改正,是確保外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)預(yù)期定位精度,對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行檢核的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。觀測(cè)任務(wù)結(jié)束后,及時(shí)對(duì)所觀測(cè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)檢核,如發(fā)現(xiàn)不合格成果,應(yīng)及時(shí)采取補(bǔ)救措施以免給今后造成返工。

3.3 基線向量解算

基線解算是GPS數(shù)據(jù)處理項(xiàng)目中的一個(gè)十分重要的步驟,基線向量是網(wǎng)平差的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),其質(zhì)量好壞會(huì)直接影響到整個(gè)控制網(wǎng)質(zhì)量好壞。

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn),主要是根據(jù)操作手冊(cè)規(guī)定,對(duì)小于8 000 m的短基線和采取快速定位確定的基線進(jìn)行觀測(cè),獲取滿足整周模糊度參數(shù)固定解。因此在野外觀測(cè)時(shí),不僅要減少環(huán)境因素影響,還要在需要時(shí)采取相應(yīng)技術(shù)手段改善基線向量結(jié)果。

對(duì)于基線解算結(jié)果有如下要求。

(1)同步環(huán)坐標(biāo)分量相對(duì)閉合差不得超過(guò)6.0×d×10-6mm,環(huán)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差不得超過(guò)10.0×d×10-6mm。

(2)異步環(huán)的坐標(biāo)分量閉合差W X、W Y、W Z不得超過(guò)。全長(zhǎng)閉合差W不得超過(guò),且,W=,d為相鄰點(diǎn)間的距離(km)。復(fù)測(cè)基線邊的長(zhǎng)度較差不應(yīng)超過(guò)2 2σmm。

本次共解算重復(fù)基線邊75條,邊長(zhǎng)最大較差為-20.1 mm;同步環(huán)閉合差共計(jì)249個(gè),其最大坐標(biāo)閉合差為-7.9 mm,最大邊長(zhǎng)閉合差為12.0 mm;異步環(huán)閉合差共計(jì)243個(gè),其最大坐標(biāo)閉合差為44.5 mm。

3.4 無(wú)約束網(wǎng)平差

所謂無(wú)約束網(wǎng)平差就是GPS控制點(diǎn)中在沒(méi)有已知點(diǎn)坐標(biāo)情況下所進(jìn)行的平差。無(wú)約束網(wǎng)平差的目的是檢核GPS基線向量網(wǎng)質(zhì)量好壞,剔除觀測(cè)時(shí)產(chǎn)生的有明顯系統(tǒng)誤差和粗差的基線向量。因平差無(wú)外部基準(zhǔn),故其網(wǎng)不會(huì)因?yàn)橥獠炕鶞?zhǔn)產(chǎn)生變形,所以是一種無(wú)約束平差。無(wú)約束平差后,基線向量改正數(shù)(VΔX、VΔY、VΔZ)的絕對(duì)值要求小于等于3σ。

本次無(wú)約束平差采用合格的基線向量,本項(xiàng)目共計(jì)在GPS網(wǎng)中選取455條合格基線進(jìn)行無(wú)約束平差,平差結(jié)束后生成平差報(bào)告。

3.5 約束網(wǎng)平差

約束網(wǎng)平差就是在無(wú)約束平差的基礎(chǔ)上帶入已知點(diǎn)坐標(biāo)或固定邊長(zhǎng)及固定方位等數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算的方法。為了給瀘州市建立統(tǒng)一坐標(biāo)系,本次GPS數(shù)據(jù)處理中的約束平差部分采用1980西安坐標(biāo)系和瀘州市獨(dú)立坐標(biāo)系,固定聯(lián)測(cè)了三等、四等水準(zhǔn)GPS點(diǎn)的1985國(guó)家高程基準(zhǔn)高程,選用地心模型進(jìn)行GPS網(wǎng)約束平差。約束平差后,要求最弱邊的相對(duì)中誤差不得大于1/45 000,最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差不得大于5 cm,最弱點(diǎn)的高程中誤差不大于5 cm。

在設(shè)置好相應(yīng)控制點(diǎn)并錄入控制點(diǎn)坐標(biāo)后進(jìn)行約束平差,具體操作如下。

(1)輸入控制點(diǎn)坐標(biāo)。

此次約束平差在無(wú)約束平差的基礎(chǔ)上,分別固定 301、302、303、304、305、307、308、311、312、313、315、316、318、319、320、321、328、STQ 共18個(gè)三等GPS點(diǎn)和GYM二等三角點(diǎn)的1980西安坐標(biāo)系進(jìn)行二維約束平差。1980西安坐標(biāo)系下約束網(wǎng)平差最弱點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為12.0 mm,最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差為1/50 037。本次平差計(jì)算圖如下所示(圖2)。

圖2 四等GPS網(wǎng)平差計(jì)算圖

約束平差結(jié)束后生成約束平差報(bào)告。

3.6 成果及質(zhì)量分析

根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果,對(duì)基線解算、網(wǎng)平差、GPS高程擬合的精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)。

表1 精度統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)本次瀘州市土地確權(quán)項(xiàng)目GPS控制測(cè)量的外業(yè)測(cè)量方法正確,數(shù)據(jù)處理后各項(xiàng)限差及平差后的精度指標(biāo)符合《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(CH 2001—1992)和《瀘州市土地確權(quán)四等GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)書(shū)》要求,能滿足該項(xiàng)目首級(jí)控制需要。該項(xiàng)目的實(shí)施為瀘州市將來(lái)開(kāi)展農(nóng)村土地確權(quán)頒證項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ),也對(duì)其他農(nóng)村地籍測(cè)量中控制網(wǎng)建立具有一定指導(dǎo)意義。

(2)通過(guò)對(duì)GPS在瀘州市江陽(yáng)區(qū)與龍馬潭區(qū)土地確權(quán)工程中的應(yīng)用結(jié)果加以分析,根據(jù)其控制網(wǎng)的布設(shè)精度及數(shù)據(jù)處理結(jié)果精度情況,了解了如何提高GPS控制測(cè)量成果的精度及高精度測(cè)量成果在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要意義,提高了工作效率,在整個(gè)施工建設(shè)過(guò)程中尤為突出,為整個(gè)項(xiàng)目確保施工質(zhì)量、縮短工期、降低成本提供了強(qiáng)有力的保障,為以后的應(yīng)用提供了研究依據(jù)。

[1]劉開(kāi)紅.GNSSRT在農(nóng)村集體土地所有權(quán)確權(quán)登記發(fā)證中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2015(2):199-200.

[2]辛立國(guó).測(cè)繪綜合技術(shù)在農(nóng)村集體土地確權(quán)中的應(yīng)用研究[J].科技資訊,2015(12):111.

[3]吳永勝,曾婧,胡波.CORS系統(tǒng)在農(nóng)村集體土地確權(quán)頒證工作的探索[J].河南科技,2015(5):154-156.

[4]張文艷,張洪升.基于超圖軟件的農(nóng)村集體土地確權(quán)登記發(fā)證[J].測(cè)繪與空間地理信息,2013,36(S1):121-122.

[5]白洪偉,穆星,李進(jìn),等.3S技術(shù)在農(nóng)村集體土地確權(quán)中的應(yīng)用研究[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2016(3):470-472.

[6]曹源.淺談農(nóng)村集體土地確權(quán)測(cè)繪綜合技術(shù)應(yīng)用[J].資源信息與工程,2017(1):109-110.

[7]穆健.環(huán)縣農(nóng)村集體土地使用權(quán)確權(quán)登記發(fā)證中存在的問(wèn)題及建議[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2016(1):78-81.

[8]毛成軍,毛金明,李艷.基于3S技術(shù)的土地確權(quán)方法探討[J].科技資訊,2015,13(36):49-50.

[9]趙長(zhǎng)勝.GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[J].現(xiàn)代測(cè)繪,2003,26(S1):9-16.

[10]韋成亮.GPS技術(shù)在地形控制測(cè)量中的應(yīng)用[J].技術(shù)研發(fā),2011(18):148-150.

[11]吳月琴.GPS技術(shù)在東城區(qū)新建控制網(wǎng)測(cè)量中的應(yīng)用[J].山西建筑,2009(19):358-360.

[12]莊衛(wèi)東,劉振東,王熙.GPS數(shù)據(jù)處理及其單點(diǎn)定位精度研究[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào),2003(2):51-53.