GNSS測(cè)量技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用

廖偉文

(珠海市測(cè)繪院，廣東 珠海 519000)

1 GNSS測(cè)量技術(shù)概述

GNSS技術(shù)，即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)，泛指所有的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，包括區(qū)域范圍的和全球范圍的。GNSS測(cè)量技術(shù)是一項(xiàng)高科技技術(shù)，它是利用衛(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行全方位、高精度的測(cè)量，能夠?yàn)橛脩魧?shí)時(shí)提供所在位置的三維坐標(biāo)、空間信息和時(shí)間信息，是社會(huì)發(fā)展的重要技術(shù)條件之一。相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量技術(shù)手段來講，GNSS測(cè)量技術(shù)用途較多、功能較全，不僅可以應(yīng)用于導(dǎo)航、測(cè)量、動(dòng)態(tài)觀測(cè)，還可以應(yīng)用于測(cè)速、測(cè)時(shí)等領(lǐng)域。

1.1 GNSS的組成和接收衛(wèi)星原理

GNSS 由空間衛(wèi)星部分、地面控制部分和用戶部分組成。GNSS 接收機(jī)最核心的功能是接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，通過信號(hào)處理來實(shí)現(xiàn)傳輸時(shí)間的測(cè)量，同時(shí)解碼導(dǎo)航電文來判斷衛(wèi)星的位置、速度和時(shí)間參數(shù)等信息，最后通過一些數(shù)據(jù)處理來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航和定位。

GNSS接收機(jī)首先接收由天空中運(yùn)行的衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，這個(gè)工作由GNSS接收機(jī)的接收天線完成。GNSS接收機(jī)采集的數(shù)據(jù)是接收天線至衛(wèi)星的距離和衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)，而不是常規(guī)測(cè)量技術(shù)得到的角度、距離和高差。因此，要對(duì)GNSS測(cè)量數(shù)據(jù)要進(jìn)行系列的跟蹤、處理。在數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，可通過其適配的軟件實(shí)時(shí)解算測(cè)站點(diǎn)的位置和接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)定位。

1.2 GNSS測(cè)量方法分類

利用GNSS進(jìn)行坐標(biāo)采集定位的方法有很多種，其中包括單點(diǎn)定位和相對(duì)定位。 單點(diǎn)定位即用一臺(tái)GNSS接收機(jī)來獨(dú)立測(cè)定該點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系的位置，參考點(diǎn)是地球的質(zhì)心。

相對(duì)定位按用戶接收機(jī)在作業(yè)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，可分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。其中快速靜態(tài)相對(duì)定位優(yōu)點(diǎn)在于觀測(cè)速度快、工作效率高；流動(dòng)站之間移動(dòng)時(shí)，不必保持對(duì)所測(cè)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。

不論GNSS相對(duì)定位采取何種定位模式或數(shù)據(jù)處理方法，GNSS定位中都會(huì)受信號(hào)傳播有關(guān)的誤差、衛(wèi)星有關(guān)的誤差、接收機(jī)有關(guān)的誤差影響，采集高質(zhì)量的載波相位觀測(cè)值是消除或消弱系統(tǒng)誤差和偶然誤差的根本途徑。

2 GNSS測(cè)量技術(shù)在地籍測(cè)量中的意義

GNSS測(cè)量高精度、科學(xué)可靠和高效率的測(cè)量方法能滿足地籍測(cè)繪管理的要求，并在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)不同領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。GNSS測(cè)量技術(shù)在地籍測(cè)量管理和服務(wù)過程中起到關(guān)鍵核心作用，也給后期地籍?dāng)?shù)據(jù)建庫(kù)提供了良好基礎(chǔ)。

同時(shí)GNSS測(cè)量已成為建立城市與工程控制網(wǎng)的主要測(cè)量手段，能夠使交通擁堵和旱澇災(zāi)害等突發(fā)緊急事件帶來的損失降到最低。GNSS測(cè)量技術(shù)也引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，能精準(zhǔn)地給農(nóng)田噴藥和施肥，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，避免資源浪費(fèi)，降低因不慎施肥導(dǎo)致環(huán)境污染。其意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1)GNSS測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)外業(yè)觀測(cè)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理同步進(jìn)行，降低測(cè)繪勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，而且能獲得精確、大量、高分辨率的觀測(cè)數(shù)據(jù)，與相關(guān)地球?qū)W科既能相互交叉，又能相互融合，為我國(guó)的科學(xué)研究、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)、社會(huì)發(fā)展提供良好的技術(shù)服務(wù)。

2)由于地籍測(cè)繪的成果具有一定的法律效力，政府職能部門往往跨部門使用，其空間數(shù)據(jù)成果為信息管理基礎(chǔ)平臺(tái)提供客觀依據(jù)。GNSS測(cè)量技術(shù)可以對(duì)更新地籍?dāng)?shù)據(jù)管理提供長(zhǎng)期、有效、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)的起算數(shù)據(jù)，極大地加快城市基礎(chǔ)地理信息的建設(shè)。

3)GNSS測(cè)量技術(shù)服務(wù)范圍大，系統(tǒng)可靠性高。RTK技術(shù)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離可達(dá)50～70 km，且具有很高的精度，避免了誤差的積累，整個(gè)測(cè)區(qū)誤差均勻。

3 GNSS測(cè)量技術(shù)在地籍測(cè)量中的作用

GNSS測(cè)量是地籍測(cè)量整個(gè)工程的前期性基礎(chǔ)工作，是地籍要素測(cè)繪的基礎(chǔ)，是根據(jù)界址點(diǎn)及地籍圖的精度要求，為了服務(wù)地形要素測(cè)量和解析界址點(diǎn)位置而建立的?？刂凭W(wǎng)具有控制范圍較大，以及點(diǎn)位精度高、分布均勻、使用頻繁、長(zhǎng)期保存使用的特點(diǎn)，為整個(gè)地籍測(cè)量工作滿足定位精度要求，以及消除誤差的積累起到關(guān)鍵作用。

1)為地籍測(cè)量提供控制和起算數(shù)據(jù)。無論采用哪種測(cè)量方法，都需要有一定密度和精度保證的地籍平面控制數(shù)據(jù)。在進(jìn)行地籍要素測(cè)量時(shí)，為了防止在測(cè)定地籍要素的幾何位置時(shí)測(cè)量誤差的積累，必須建立相應(yīng)等級(jí)和密度的控制點(diǎn)網(wǎng)，通過控制點(diǎn)提供和傳遞起算數(shù)據(jù)。

2)為地籍測(cè)量的變更與修測(cè)提供起算數(shù)據(jù)。地籍測(cè)量中經(jīng)常遇到產(chǎn)權(quán)的變更、轉(zhuǎn)移，加上城市建設(shè)發(fā)展的現(xiàn)狀不斷變化，為了保持測(cè)繪成果的現(xiàn)勢(shì)性，要及時(shí)進(jìn)行變更與修測(cè)。這些都需要建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、長(zhǎng)期穩(wěn)定的控制點(diǎn)作為起算依據(jù)。

4 GNSS-RTK測(cè)量技術(shù)在地籍測(cè)量中的特點(diǎn)和作業(yè)流程

根據(jù)GNSS的定位原理可知，對(duì)于相對(duì)距離不遠(yuǎn)的相鄰測(cè)站，如果與GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)同時(shí)采集差分?jǐn)?shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)通信鏈實(shí)時(shí)傳送給工作中的流動(dòng)站接收機(jī)，這時(shí)流動(dòng)站接受機(jī)的定位數(shù)據(jù)加以改正后，其定位精度也能提高很多，而這就是GNSS-RTK測(cè)量技術(shù)。

GNSS靜態(tài)控制測(cè)量可以獲得高精度的GNSS坐標(biāo)，但定位結(jié)果要經(jīng)過后處理獲得，對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量檢核比較困難，如果出現(xiàn)不合格，就需要返工重新測(cè)量，從而導(dǎo)致GNSS測(cè)量工作效率降低。實(shí)時(shí)載波相位差分(RTK)技術(shù)可以實(shí)時(shí)向用戶提供定位結(jié)果和定位精度，這樣就大大地提高了作業(yè)效率，因此RTK技術(shù)在四等及以下控制控制測(cè)量中應(yīng)用廣泛。

4.1 GNSS-RTK控制測(cè)量的特點(diǎn)

RTK即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，它屬于GNSS動(dòng)態(tài)測(cè)量的范疇，測(cè)量結(jié)果能快速實(shí)時(shí)顯示給測(cè)量用戶。RTK是一種實(shí)時(shí)載波相位差分GNSS測(cè)量技術(shù)，它通過載波相位原理進(jìn)行測(cè)量，通過差分技術(shù)消除或減弱基準(zhǔn)站和流動(dòng)站間共有誤差，有效提高GNSS測(cè)量結(jié)果的精度，同時(shí)將測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示給用戶，使之能更快、更及時(shí)地采集野外數(shù)據(jù)。

4.2 GNSS-RTK測(cè)量的作業(yè)流程

4.2.1 選點(diǎn)和建立標(biāo)志應(yīng)遵守的原則

1)技術(shù)設(shè)計(jì)前應(yīng)收集測(cè)區(qū)內(nèi)及周邊地區(qū)的交通、氣象、通信有關(guān)資料。根據(jù)測(cè)區(qū)的自然地理情況進(jìn)行網(wǎng)形優(yōu)化和點(diǎn)位設(shè)計(jì)。點(diǎn)位應(yīng)選擇在穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)、交通便利、視野開闊且有利于擴(kuò)展和聯(lián)測(cè)的地點(diǎn)。對(duì)檢測(cè)點(diǎn)位誤差符合要求的已有控制點(diǎn)要充分利用并做好點(diǎn)位標(biāo)記和畫點(diǎn)位略圖，標(biāo)石的標(biāo)志應(yīng)滿足平面和高程共用的要求。

2)點(diǎn)位應(yīng)避開環(huán)境變化大、地質(zhì)環(huán)境不穩(wěn)定的地區(qū)。遠(yuǎn)離發(fā)射功率強(qiáng)大的無線發(fā)射源、微波信道、高壓線等，其距離不小于200 m。

3)選點(diǎn)時(shí)應(yīng)避開多路徑影響，點(diǎn)位周圍應(yīng)保證高度角15°以上無遮擋。

4)地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于點(diǎn)的保存。

5)網(wǎng)形應(yīng)有利于同步觀測(cè)邊、點(diǎn)的聯(lián)結(jié)。

4.2.2 GNSS外業(yè)觀測(cè)的步驟

①GNSS定位網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)。②天線安置與量測(cè)天線高。③開機(jī)觀測(cè)。④觀測(cè)記錄。⑤觀測(cè)成果的檢核。

5 GNSS-RTK測(cè)量在地籍控制網(wǎng)中的布設(shè)原則與基本要求

1)布設(shè)原則。為了保證地籍測(cè)繪成果的質(zhì)量，應(yīng)充分利用國(guó)家和城市布設(shè)的已有控制成果，滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和地籍管理的要求，地籍平面控制點(diǎn)的布設(shè)原則和其他控制一樣，應(yīng)遵循“先控制后碎步、從整體到局部、逐級(jí)布設(shè)”的原則。

2)建立地籍平面控制網(wǎng)的基本要求。

(1)要求控制點(diǎn)間有較高的相對(duì)精度，即要求最末一級(jí)的地籍平面控制網(wǎng)中，相鄰控制點(diǎn)間的誤差不超過±0.025 m，最大誤差不超過±0.05 m，只有這樣的控制網(wǎng)才能夠保證所控制的地籍要素之間的相鄰相對(duì)精度。

(2)要求地籍平面控制點(diǎn)有相當(dāng)足夠的分布密度，以滿足地籍平面要素測(cè)量對(duì)起算控制點(diǎn)的要求，在通視良好的建筑物稀疏區(qū)，盡可能多布設(shè)高等級(jí)控制點(diǎn)。

(3)要求能長(zhǎng)期保存使用，地籍平面控制網(wǎng)點(diǎn)都應(yīng)該埋設(shè)永久性固定測(cè)量標(biāo)志。這些固定標(biāo)志可能是埋在地下的測(cè)量標(biāo)石，也可把標(biāo)志埋在永久性的堅(jiān)固的建筑物或構(gòu)筑物上，也可利用已有的能長(zhǎng)期保存的、牢固的獨(dú)立地物。

(4)要求地籍平面控制點(diǎn)的坐標(biāo)能保持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定，不要經(jīng)常變化。因?yàn)榈丶疁y(cè)量是一種提供官方證明的政府行為測(cè)量，其成果用于進(jìn)行產(chǎn)權(quán)登記，一經(jīng)登記使用，即具有法律效力；而坐標(biāo)和面積是產(chǎn)權(quán)登記的最主要的基本數(shù)據(jù)，一經(jīng)登記發(fā)證，就應(yīng)保持其嚴(yán)肅性和穩(wěn)定性，不能經(jīng)?；蛉我飧膭?dòng)，以免造成產(chǎn)權(quán)登記和檔案材料的換亂。

6 GNSS-RTK測(cè)量技術(shù)在地籍要素測(cè)量中的應(yīng)用

地籍要素包括地籍區(qū)界線、地籍子區(qū)界線、土地權(quán)屬界址線、界址點(diǎn)、圖斑界線、地籍區(qū)號(hào)、地籍子區(qū)號(hào)、宗地號(hào)、地類代碼、土地權(quán)利人名稱、坐落地址等信息。地籍要素測(cè)量主要包括界址點(diǎn)測(cè)量和地形要素測(cè)量。

6.1 GNSS-RTK解析法測(cè)繪界址點(diǎn)

GNSS-RTK解析法是指采用GNSS接收機(jī)，通過全野外測(cè)量技術(shù)獲取界址點(diǎn)坐標(biāo)和間距的方法。GNSS-RTK解析界址點(diǎn)只需一個(gè)人操控GNSS接收機(jī)，快速地找到設(shè)計(jì)界址點(diǎn)的點(diǎn)位位置，并能直觀、高效、精度高、誤差均勻地解析建構(gòu)筑物的角點(diǎn)、中心點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)。使用GNSS-RTK解析界址點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：①減少人力費(fèi)用。②定位精度高，測(cè)站間無須通視，只要對(duì)空通視即可。③操作簡(jiǎn)便、直觀、容易使用。④能全天候、全天時(shí)地作業(yè)。

6.2 GNSS-RTK地形要素測(cè)量的高效數(shù)據(jù)處理與地籍圖成圖

應(yīng)用GNSS-RTK測(cè)量技術(shù)進(jìn)行地形要素測(cè)量作業(yè)簡(jiǎn)便、效率高。目前對(duì)于城鎮(zhèn)地籍測(cè)繪多采用數(shù)字成圖方法，即內(nèi)外業(yè)一體化成圖。利用GNSS-RTK測(cè)量技術(shù)對(duì)野外實(shí)地采集界址點(diǎn)、地形要素?cái)?shù)據(jù)，通過GNSS操控器導(dǎo)出測(cè)量成果，經(jīng)計(jì)算機(jī)的分析處理后，運(yùn)用與其相匹配的自動(dòng)繪圖軟件繪制地籍圖。

GNSS-RTK外業(yè)觀測(cè)過程中，所有的觀測(cè)數(shù)據(jù)是GNSS定位的原始數(shù)據(jù)，也是進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理的唯一依據(jù)，必須妥善保存。觀測(cè)記錄由接收機(jī)自動(dòng)完成，均記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)上，主要內(nèi)容包括：①載波相位觀測(cè)值及相應(yīng)的觀測(cè)歷元。②GNSS衛(wèi)星星歷參數(shù)。③實(shí)時(shí)絕對(duì)定位數(shù)據(jù)結(jié)果。④測(cè)站控制信息及接收機(jī)工作狀態(tài)信息。

GNSS數(shù)據(jù)處理的基本流程：數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)傳輸—數(shù)據(jù)預(yù)處理—基線解算—GNSS網(wǎng)平差。

在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，可通過隨機(jī)匹配的軟件實(shí)時(shí)解算測(cè)站點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。由于GNSS控制網(wǎng)特點(diǎn)是定位精度高，因此在地籍測(cè)繪工程中普遍應(yīng)用于測(cè)定界址點(diǎn)、房角點(diǎn)、宗地圖內(nèi)容和地籍要素特征點(diǎn)點(diǎn)位，也為地籍測(cè)繪成果檢查驗(yàn)收提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)

7 結(jié)語(yǔ)

地籍控制測(cè)量工作為地籍要素測(cè)繪提供控制和起算數(shù)據(jù)，防止地籍要素的幾何位置誤差積累，實(shí)現(xiàn)地籍?dāng)?shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)冗余度小，提高了數(shù)據(jù)利用價(jià)值，保證數(shù)據(jù)正確、有效和相容。隨著測(cè)繪儀器設(shè)備及測(cè)繪技術(shù)的越來越現(xiàn)代化，傳統(tǒng)三角測(cè)量正在逐漸退出歷史舞臺(tái)，三角測(cè)量的方法由于受布網(wǎng)條件、觀測(cè)、計(jì)算等諸多因數(shù)的限制，現(xiàn)已基本不被用于控制測(cè)量。GNSS測(cè)量技術(shù)是集定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、無線電技術(shù)為一體的組合系統(tǒng)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，GNSS測(cè)量技術(shù)從實(shí)時(shí)的空間位置信息面上實(shí)現(xiàn)城市真正的數(shù)字化，不但運(yùn)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也應(yīng)用于城市現(xiàn)代化管理建設(shè)，為相關(guān)主管部門審核提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮重要作用，給城市的發(fā)展帶來良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。