GPS控制测量在农村地籍与房屋调查项目中的应用

范波根

（中化地质矿山总局福建地质勘查院，福建福州 350013）

1 GPS的应用

1.1 工程概况

长汀县农村地籍与房屋调查项目为国家重点项目，是为加快长汀县推进农村宅基地确权登记发证工作，深化农村改革，促进城乡协调发展，为老区人民进行不动产统一登记，充分保护农民合法权益开展的一次调查。经投标，中化地质矿山总局福建地质勘查院成功中标长汀县农村地籍与房屋调查项目。为统一技术标准，确保本项目能顺利完成并强化项目管理，应项目需要，笔者担任该项目的技术负责人，结合长汀县已有的基础资料和工程实际情况，编写了该项目的技术设计书和GPS平差[1]。

1.2 GPS测量技术

随着GPS测量技术的不断发展和成熟，GPS定位的精度不断提高，为工程测量，特别是工程上的控制测量带来了极大的便利[2]。GPS技术为建立国家高等级大地控制网及各工程的高等级控制网做出了巨大的贡献，如高铁、高速路及现今的农房调查等重大项目均依赖该技术。GPS测量按精度和用途可分为A、B、C、D、E级，在工程中主要应用C、D、E级。GPS静态测量主要使用距离交会法，假设在Q点架设GPS机，在ti时刻同时接收E、F、G等3颗或多颗卫星的信号，通过专业平差软件解算，获得该时刻空间的位置。用距离交会法解算的Q点三维坐标为（XQ，YQ，ZQ），其数学式为：

式中：（XE，YE，ZE），（XF，YF，ZF），（XG，YG，ZG）分别为卫星E，F，G在时刻ti的空间直角坐标。GPS测量技术较好地表达了地面控制点的位置和GPS观测成果，因此，在测量中被广泛地应用。

2 长汀县农村地籍与房屋调查项目E级GPS控制测量

2.1 测区概况

测区隶属龙岩地区长汀县革命老区，测区庵杰乡地处长汀县东北部，是客家母亲河汀江的发源地，位于东经116°25′～116°39′，北纬25°49′～26°00′，测绘面积约20 km2。本着“权属合法、界址清楚、面积准确”的原则，完成了长汀县庵杰乡、新桥镇、馆前镇、古城镇等56个村范围内宅基地、集体建设用地的权属调查和地籍测量，同步开展了地上房屋及其附属设施的调查和测量工作，建立了农村不动产权籍调查数据库。为了确保该项目的准确性，在长汀县现有C级控制点基础上共布置了56个E级GPS点，并确保每个村有一个静态GPS点。然后在首级控制基础上联测福建省连续运行卫星定位服务系统，建立七参数，以实时差分定位（Real-time kinematic,RTK）图根测量方式，采用三脚架对中、整平，控制点观测4个测回，每个测回的观测值为30个历元，采样间隔为3 s，测回间隔为60 s，并在初始化后观测下一个测回值，最终观测成果取各测回结果的中数。校正后检查其他控制点均在误差允许范围内，均与各个村E级GPS点通视，确保了每个村有3个埋石控制点，可满足1:500地籍图测图的需要，布置图根点[3]。

2.2 已有资料及其利用

2.2.1 作业依据

（1）《地籍调查规程》（TD/T 1001—2012）。

（2）《房产测量规范》（GB/T 17986.1—2000）。

（3）福建省地方性指导文件。

2.2.2 控制起算

为满足E级GPS控制的需要，由福建地理信息中 心 提 供 的4个C级GPS点401P、410P、425P、A029为起算点，成果属CGCS2000坐标系，中央子午线的经度为117°，高程成果为1985国家高程基准，经实地勘查，点位保存完好，可作为E级GPS解算起算点。

2.2.3 已有资料

（1）1:1万地形图，可作为前期图上布点。

（2）1:1000新农村地形图。

（3）2016年农村土地承包经营权航拍图。

2.3 E级GPS测量

静态GPS测量的精度可以完全满足农村地籍与房屋调查项目的精度要求。在国家C级GPS点的基础上，沿四个乡镇布设E级GPS控制网点56个，点位均为新埋设点位，两点间平均边长为300 m左右，这样可以使GPS测量的精度分布均匀[4]。

2.3.1 GPS点位选点、埋石

GPS待定点应于1:1万图上圈定，可以无须通视就能得出控制点的坐标；现农村路网较发达，道路均是水泥路，大多选在牢固的水泥路面上，或埋设在土质坚实的地下，以满足本次农村地籍与房屋调查地形测图的需要。E级GPS点按乡镇进行编制，以英文字母起头加流水号进行编号，如庵杰乡以“AJ”起头。乡镇的编号不重复，后面加流水编号，如AJ01、AJ02、……、AJn。

控制点的中心标志应用不锈钢制作，并应安放正直、镶接牢固；控制点的标志中心应刻有清晰、精细的十字线；标志顶部应为圆球状，并应高出标石面，控制点标石可采用混凝土预制或现场灌制，如图1至图3所示。

图1 侧面图（一）（单位：cm）

图2 正面图

图3 侧面图（二）（单位：cm）

2.3.2 E级GPS测量

（1）因工作需要，本测区测量使用中海达GPSV60、V30六台套接收机同步观测一组卫星，采用边点连接形式组成网，共观测79个同步环，每个同步环的观测时间均大于45 min。

（2）作业开始前，应对仪器进行校对，确保仪器的准确性。

（3）GPS静态测量作业严格按照《GPS规范》要求。

（4）天线定向标志应指向正北。

2.3.3 数据处理

内业数据基线预处理采用中海达HGO基线解算软件进行，预处理当天把接收机内的数据传入微机，进行各点名及仪高的核对及输入等工作。基线向量处理是最重要的一个环节，不得替代和省略，其成果的好坏直接影响网平差的质量，因此特别需要认真对待，本次平差软件采用中海达HGO基线解算。GPS数据处理流程如图4所示。

图4 GPS数据处理流程

2.3.4 网平差处理

基线向量解算后即可进行网平差处理：选择参与平差的基线向量→定义坐标系统→选定起算基点，运行平差程序，运行程序自由网平差、三维约束平差、二维约束平差和高程拟合功能，成果详见表1。

表1 目标坐标系三维约束平差坐标

2.3.5 精度要求

（1）对各个时段同步观测的数据进行核对，同一时段观测值剔除率应小于10%，各时段同步边平差值、相对中误差计算公式如式（4）所示。

（2）任意两个时段的同一条边成果互差应不小于接收机标称精度的倍。

（3）独立观测边组成闭合环时，各坐标分量闭合差应符合式（5）规定。

式中：n——闭合环中的边数；σ——相应级别规定的精度（按平均边长计算）。

（4）三边同步环的第三边处理结果与前两边代数和的差值应小于式（6）的数值。

式中：σ——对应级别规定的精度（按平均边长计算）。

（5）GPS网点定位测量结束后，应使用低于Ⅱ级的红外测距仪，测定GPS网中任意边长，总数不少于2条，以检核成果的正确性。

（6）控制网的三维无约束平差的精度。

最差基线相对误差：1/162051[XQ16.zsd-XQ18.zsd]。

最弱点点位误差：3.59 cm[GQ02]。

从平差结果中可知，本次GPS网观测精度完全满足规范规定的E级精度，且达到坐标闭合差的要求，可供地籍测图使用。

2.4 高程控制测量

2.4.1 GPS拟合高程

全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）定位技术结合高精度似大地水准面模型进行高程测量，由于农村地籍与房屋调查高程精度要求不高，故采用GPS拟合高程计算各点高程。采用GPS拟合高程、RTK求取七参数曲面拟合和三角高程进行比对，满足要求的直接采取拟合高程。

2.4.2 内业数据处理

采用中海达HGO平差软件进行平差计算。

2.5 测量成果验收

本次对比采用GPS拟合高程和求取七参数曲面拟合，与从C点采用三角高程引出的高程点进行比较，经比较发现该成果满足要求，可供使用[5]。高程成果如表2所示。

表2 高程成果

3 结语

本文主要说明GPS具有测量精准度高、操作简单、仪器容易携带，观测点间不用通视、信息主动接收并存储、无烦琐工作、高效益等特点，为外业测量人员减少了大量作业量，能满足困难地区及没有高级控制点地区的控制测量，现已成为主要的技术手段，被广泛应用于大地控制测量中。

在农村地籍与房屋调查项目中应用GPS，测量精度达到了E级，高程精度也满足精度要求。