GNSS测量技术在地籍测量中的应用

廖伟文

(珠海市测绘院，广东 珠海 519000)

1 GNSS测量技术概述

GNSS技术，即全球导航卫星系统技术，泛指所有的导航卫星系统，包括区域范围的和全球范围的。GNSS测量技术是一项高科技技术，它是利用卫星系统技术进行全方位、高精度的测量，能够为用户实时提供所在位置的三维坐标、空间信息和时间信息，是社会发展的重要技术条件之一。相对于常规的测量技术手段来讲，GNSS测量技术用途较多、功能较全，不仅可以应用于导航、测量、动态观测，还可以应用于测速、测时等领域。

1.1 GNSS的组成和接收卫星原理

GNSS 由空间卫星部分、地面控制部分和用户部分组成。GNSS 接收机最核心的功能是接收卫星发射的信号，通过信号处理来实现传输时间的测量，同时解码导航电文来判断卫星的位置、速度和时间参数等信息，最后通过一些数据处理来实现实时的导航和定位。

GNSS接收机首先接收由天空中运行的卫星发射的信号，这个工作由GNSS接收机的接收天线完成。GNSS接收机采集的数据是接收天线至卫星的距离和卫星星历等数据，而不是常规测量技术得到的角度、距离和高差。因此，要对GNSS测量数据要进行系列的跟踪、处理。在数据采集的同时，可通过其适配的软件实时解算测站点的位置和接收机的运动速度，实现动态定位。

1.2 GNSS测量方法分类

利用GNSS进行坐标采集定位的方法有很多种，其中包括单点定位和相对定位。 单点定位即用一台GNSS接收机来独立测定该点在WGS-84坐标系的位置，参考点是地球的质心。

相对定位按用户接收机在作业中的运动状态不同，可分为静态定位和动态定位。其中快速静态相对定位优点在于观测速度快、工作效率高；流动站之间移动时，不必保持对所测卫星的连续跟踪。

不论GNSS相对定位采取何种定位模式或数据处理方法，GNSS定位中都会受信号传播有关的误差、卫星有关的误差、接收机有关的误差影响，采集高质量的载波相位观测值是消除或消弱系统误差和偶然误差的根本途径。

2 GNSS测量技术在地籍测量中的意义

GNSS测量高精度、科学可靠和高效率的测量方法能满足地籍测绘管理的要求，并在国家经济建设不同领域得到广泛应用。GNSS测量技术在地籍测量管理和服务过程中起到关键核心作用，也给后期地籍数据建库提供了良好基础。

同时GNSS测量已成为建立城市与工程控制网的主要测量手段，能够使交通拥堵和旱涝灾害等突发紧急事件带来的损失降到最低。GNSS测量技术也引入农业生产，能精准地给农田喷药和施肥，降低农业生产成本，避免资源浪费，降低因不慎施肥导致环境污染。其意义主要体现在以下几个方面。

1)GNSS测量技术可以实现外业观测和内业数据处理同步进行，降低测绘劳动强度和成本，而且能获得精确、大量、高分辨率的观测数据，与相关地球学科既能相互交叉，又能相互融合，为我国的科学研究、国民经济建设、国防建设、社会发展提供良好的技术服务。

2)由于地籍测绘的成果具有一定的法律效力，政府职能部门往往跨部门使用，其空间数据成果为信息管理基础平台提供客观依据。GNSS测量技术可以对更新地籍数据管理提供长期、有效、稳定、实时的起算数据，极大地加快城市基础地理信息的建设。

3)GNSS测量技术服务范围大，系统可靠性高。RTK技术基准站与流动站之间的距离可达50～70 km，且具有很高的精度，避免了误差的积累，整个测区误差均匀。

3 GNSS测量技术在地籍测量中的作用

GNSS测量是地籍测量整个工程的前期性基础工作，是地籍要素测绘的基础，是根据界址点及地籍图的精度要求，为了服务地形要素测量和解析界址点位置而建立的。控制网具有控制范围较大，以及点位精度高、分布均匀、使用频繁、长期保存使用的特点，为整个地籍测量工作满足定位精度要求，以及消除误差的积累起到关键作用。

1)为地籍测量提供控制和起算数据。无论采用哪种测量方法，都需要有一定密度和精度保证的地籍平面控制数据。在进行地籍要素测量时，为了防止在测定地籍要素的几何位置时测量误差的积累，必须建立相应等级和密度的控制点网，通过控制点提供和传递起算数据。

2)为地籍测量的变更与修测提供起算数据。地籍测量中经常遇到产权的变更、转移，加上城市建设发展的现状不断变化，为了保持测绘成果的现势性，要及时进行变更与修测。这些都需要建立统一标准、长期稳定的控制点作为起算依据。

4 GNSS-RTK测量技术在地籍测量中的特点和作业流程

根据GNSS的定位原理可知，对于相对距离不远的相邻测站，如果与GNSS基准站接收机同时采集差分数据，并通过数据通信链实时传送给工作中的流动站接收机，这时流动站接受机的定位数据加以改正后，其定位精度也能提高很多，而这就是GNSS-RTK测量技术。

GNSS静态控制测量可以获得高精度的GNSS坐标，但定位结果要经过后处理获得，对定位结果进行质量检核比较困难，如果出现不合格，就需要返工重新测量，从而导致GNSS测量工作效率降低。实时载波相位差分(RTK)技术可以实时向用户提供定位结果和定位精度，这样就大大地提高了作业效率，因此RTK技术在四等及以下控制控制测量中应用广泛。

4.1 GNSS-RTK控制测量的特点

RTK即实时动态测量，它属于GNSS动态测量的范畴，测量结果能快速实时显示给测量用户。RTK是一种实时载波相位差分GNSS测量技术，它通过载波相位原理进行测量，通过差分技术消除或减弱基准站和流动站间共有误差，有效提高GNSS测量结果的精度，同时将测量结果实时显示给用户，使之能更快、更及时地采集野外数据。

4.2 GNSS-RTK测量的作业流程

4.2.1 选点和建立标志应遵守的原则

1)技术设计前应收集测区内及周边地区的交通、气象、通信有关资料。根据测区的自然地理情况进行网形优化和点位设计。点位应选择在稳定坚实、交通便利、视野开阔且有利于扩展和联测的地点。对检测点位误差符合要求的已有控制点要充分利用并做好点位标记和画点位略图，标石的标志应满足平面和高程共用的要求。

2)点位应避开环境变化大、地质环境不稳定的地区。远离发射功率强大的无线发射源、微波信道、高压线等，其距离不小于200 m。

3)选点时应避开多路径影响，点位周围应保证高度角15°以上无遮挡。

4)地面基础稳定，易于点的保存。

5)网形应有利于同步观测边、点的联结。

4.2.2 GNSS外业观测的步骤

①GNSS定位网的技术设计。②天线安置与量测天线高。③开机观测。④观测记录。⑤观测成果的检核。

5 GNSS-RTK测量在地籍控制网中的布设原则与基本要求

1)布设原则。为了保证地籍测绘成果的质量，应充分利用国家和城市布设的已有控制成果，满足国家经济建设和地籍管理的要求，地籍平面控制点的布设原则和其他控制一样，应遵循“先控制后碎步、从整体到局部、逐级布设”的原则。

2)建立地籍平面控制网的基本要求。

(1)要求控制点间有较高的相对精度，即要求最末一级的地籍平面控制网中，相邻控制点间的误差不超过±0.025 m，最大误差不超过±0.05 m，只有这样的控制网才能够保证所控制的地籍要素之间的相邻相对精度。

(2)要求地籍平面控制点有相当足够的分布密度，以满足地籍平面要素测量对起算控制点的要求，在通视良好的建筑物稀疏区，尽可能多布设高等级控制点。

(3)要求能长期保存使用，地籍平面控制网点都应该埋设永久性固定测量标志。这些固定标志可能是埋在地下的测量标石，也可把标志埋在永久性的坚固的建筑物或构筑物上，也可利用已有的能长期保存的、牢固的独立地物。

(4)要求地籍平面控制点的坐标能保持较长时间的稳定，不要经常变化。因为地籍测量是一种提供官方证明的政府行为测量，其成果用于进行产权登记，一经登记使用，即具有法律效力；而坐标和面积是产权登记的最主要的基本数据，一经登记发证，就应保持其严肃性和稳定性，不能经常或任意改动，以免造成产权登记和档案材料的换乱。

6 GNSS-RTK测量技术在地籍要素测量中的应用

地籍要素包括地籍区界线、地籍子区界线、土地权属界址线、界址点、图斑界线、地籍区号、地籍子区号、宗地号、地类代码、土地权利人名称、坐落地址等信息。地籍要素测量主要包括界址点测量和地形要素测量。

6.1 GNSS-RTK解析法测绘界址点

GNSS-RTK解析法是指采用GNSS接收机，通过全野外测量技术获取界址点坐标和间距的方法。GNSS-RTK解析界址点只需一个人操控GNSS接收机，快速地找到设计界址点的点位位置，并能直观、高效、精度高、误差均匀地解析建构筑物的角点、中心点、转折点。使用GNSS-RTK解析界址点优点：①减少人力费用。②定位精度高，测站间无须通视，只要对空通视即可。③操作简便、直观、容易使用。④能全天候、全天时地作业。

6.2 GNSS-RTK地形要素测量的高效数据处理与地籍图成图

应用GNSS-RTK测量技术进行地形要素测量作业简便、效率高。目前对于城镇地籍测绘多采用数字成图方法，即内外业一体化成图。利用GNSS-RTK测量技术对野外实地采集界址点、地形要素数据，通过GNSS操控器导出测量成果，经计算机的分析处理后，运用与其相匹配的自动绘图软件绘制地籍图。

GNSS-RTK外业观测过程中，所有的观测数据是GNSS定位的原始数据，也是进行数据后处理的唯一依据，必须妥善保存。观测记录由接收机自动完成，均记录在存储介质上，主要内容包括：①载波相位观测值及相应的观测历元。②GNSS卫星星历参数。③实时绝对定位数据结果。④测站控制信息及接收机工作状态信息。

GNSS数据处理的基本流程：数据采集—数据传输—数据预处理—基线解算—GNSS网平差。

在采集数据的同时，可通过随机匹配的软件实时解算测站点的位置，实现实时动态定位。由于GNSS控制网特点是定位精度高，因此在地籍测绘工程中普遍应用于测定界址点、房角点、宗地图内容和地籍要素特征点点位，也为地籍测绘成果检查验收提供关键数据

7 结语

地籍控制测量工作为地籍要素测绘提供控制和起算数据，防止地籍要素的几何位置误差积累，实现地籍数据共享，数据冗余度小，提高了数据利用价值，保证数据正确、有效和相容。随着测绘仪器设备及测绘技术的越来越现代化，传统三角测量正在逐渐退出历史舞台，三角测量的方法由于受布网条件、观测、计算等诸多因数的限制，现已基本不被用于控制测量。GNSS测量技术是集定位技术、计算机技术、数字通信技术、无线电技术为一体的组合系统，随着社会经济的发展，GNSS测量技术从实时的空间位置信息面上实现城市真正的数字化，不但运用于经济建设，也应用于城市现代化管理建设，为相关主管部门审核提供基础数据，在城市经济建设中发挥重要作用，给城市的发展带来良好的社会效益和经济效益。