文章编号:1007-3817(2007)05-0034-02 中图分类号:F228.4 文献标识码:B
基于GPS技术的基本农田土地整理测绘研究
张 奇1 胡石元1,2 张金亭1,2
（1.武汉大学资源与环境科学学院; 2.武汉大学地理信息系统教育部重点实验室,湖北 武汉 430079）
摘 要：介绍了土地整理测绘的特点和工作原理，探讨了GPS技术在枝江市基本农田土地整理测绘中的应用，验证了GPS技术在实际中的有效性和准确性。
关 键 词：土地整理测绘；农地整理；全球定位系统技术
LAND CONSOLIDATION SURVERING AND MAPPING BASED ON GPS TECHNOLOGY APPYING TO BASIC CULTIVITED-LAND
ZHANG Qi 1 HU Shi-yuan 1,2 ZHANG Jin-ting1,2
（1 School of resource and environment science; 2 Key Laboratory of Geographic Information System, Ministry of Education, Wuhan University,129 Luoyu Road,Wuhan 430079, China）
Abstract: Considering the characteristics and principles of land consolidation surveying and mapping,the GPS technology is applied.Taking Zhijiang city as an example, the validity of GPS technology used in land consolidation surveying and mapping is verified.
Key words: land consolidation and mapping; farmland rearrangement; GPS technology
土地整理测绘是开展土地整理可行性研究、土地利用规划设计、项目投资概算和土地利用规划的实施等环节的一项基础性工作[1]。它既不同于一般地形图的测绘，也不同于一般的土地利用现状图的测绘，它是一种同时具有地形测量、水域测量、房产测量、工程测量、管线测量、断面测量等特点的专题地籍测绘。传统的测量手段主要是采用水准仪和光学经纬仪，后来发展到电子全站仪。20世纪90年代初，随着GPS动态定位技术的发展，GPS技术也越来越多地运用于土地整理测绘领域。
1工作原理及技术流程
土地整理GPS测绘一般分为静态测量和实时动态（RTK）测量两个阶段。静态测量是指多台接收机进行同步观测一定时间，采集同步数据，计算出同步观测站之间的相对位置[2]；实时动态（RTK）测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，由一套基准站、至少一套流动站和数据通讯系统组成。其工作原理为：在已知高精度坐标的参考点上架设基准站接收机，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态等通过数据信号发送出去。流动站接收机跟踪、处理、量测卫星信号，当流动站完成初始化工作后，控制器根据一定的算法模型和接收到的数据信号计算出所在点相对基准站的三维坐标和精度指标。GPS测量技术具有全天候作业、精度高、抗干扰能力强等特点，将其应用于土地整理测绘，可以解决传统测绘技术的弊端。
GPS-RTK土地整理测绘主要采取非连续测量和连续测量两种方法分别对目标地物进行测量。其测绘内容主要包括：耕地；园地；林地；牧草地；城镇、村庄及工矿用地；交通用地；水域；未利用地以及陡坎、地类界、管线设施、水利设施、权属界线、高程点、控制点等要素。
基于GPS技术的土地整理测绘流程如图1所示。
图1 基于GPS技术的土地整理测绘流程
2 测区概况
湖北枝江国家投资基本农田土地整理区，地处鄂西山区与江汉平原的过渡地带，主要包括关山庙村、万店村、十里店村、代家店、龚桥村、官垱村、鲜家港村、董家湾村。项目区总面积21.92km2，周长21179.1m，南北长4904.4m，东西长7438.7m。海拔高低差24.24m，主要为低丘地貌类型。
采用8台Trimble 5800双频GPS接收机按自然村分布情况对项目区进行同时测量，整个测绘过程由GPS静态测量和GPS-RTK地形测量两部分组成。前期工程控制网布设采用GPS静态相对定位模式；后期的地物要素测量采用GPS-RTK独立点测量和连续采集地形点测量。项目组成员12人，外业数据采集组8人，内业数字化处理2人，技术指导2人，测量总点数30290个，用时6天，完成整个项目区土地利用现状的调查和图件的制作。
根据收集的项目区资料及踏勘情况，选取距离最近的两个国家控制点P1、P2作为已知点，在项目区内布设A1、A2、A3三个参考点，保证覆盖整个测区范围。1台接收机安放在基准点，其余4台安放在控制点或基准点，每个观测时段要求所有接收机的同步观测时间段大于1h；不同的观测时段采用边连接作业方式。项目区控制网布设如图2所示，最长边不超过10km：
图2 项目区控制网设计示意图
在利用GPS RTK测量方式中，分别采用点模式和线模式作业模式交互进行。对于独立地物（如特征点、水塔、高程点等）采用点模式作业模式；对于线状地物（如道路、水渠、地类界线等）采用线模式模式，在测量时设定每5秒采样一次数据或者每3m采样一个数据。
3 实际结果
在图2中各控制点的平面精度均优于3mm， 高程精度优于5mm，符合国家低级控制点的精度要求，因此以上各点可以作为土地整理测绘的基本控制点。
在实地选取了5个特征点进行全站仪与GPS-RTK技术比较，两点距离最长的为2.15km，东坐标相差最大为0.011m，北坐标相差最大为0.013m，高程相差最大为0.031m。可见，在基本农田土地整理测绘中，GPS技术的精度完全满足要求。
1）RTK数据的整理。RTK直接得到点位的坐标和相应测量精度。RTK数据整理主要包括两项内容：剔除含有粗差的观测值和数据存储格式的标准化。可以根据测图精度要求和RTK测量结果的中误差来剔除掉含有粗差的观测值。
CASS软件需要接收一定格式的数据，最基本的格式为：点名称、东坐标、北坐标、高程。数据转换的方式有多种方法，较常用的方法是：将RTK计算结果.DC文件通过GPS数据处理软件TGO输出为.DAT文件，在读入时可以利用逗号或其它符号分隔。然后改文件的扩展名为.CSV，利用EXCEL软件的列插入、列排序、列删除等编辑功能，将数据准备成上述基本格式，并以文本形式（.DAT）存储到硬盘上，便于导入CASS软件。
2）碎部测量点精度分析。在农地整理测绘过程中，对地物点精度的基本设置为东坐标误差不大于0.05m，北坐标误差不大于0. 08m。按照1：2000测图比例尺要求点位精度需优于0.1m。项目区测点总数为30290个， 点位精度优于0.1m的点数为29308个，点位精度低于0.1m的点数为982个，其中精度落在[0.00, 0.02)、[0.02,0.03)、[0.03,0.04)、[0.04,0.05)、[0.05,0.07)、[0.07,0.08)、[0.08,0.09)、[0.09,0.10)、[0.10,0.50)、[0.50,1.0)、[1.0,∞)范围内的测点数分别为19712、5603、1793、536、1164、92、389、19、402、335、245。点位精度低于0.1m的点被剔除，剔除率为3.2%。
GPS-RTK定位精度与测点至基准站的距离有很大关系，在一定的作业半径范围内，RTK的水平精度和高程精度都能达到厘米级。当前RTK技术测量的精度为平面±10mm+1ppm，高程±20mm+1ppm。经检查，出现以上982个低精度点的原因归纳如下：卫星数少于4颗；距离基站较远；未初始化完成而强制测量；地形遮挡影响；接收机天线杆倾斜等。
3）成果图的绘制与输出。利用南方CASS数字化地形地籍成图软件的地物编辑、地形绘制等功能，依据草图标记进行图形绘制。遵照地籍图、地形图的社会成图标准并结合实例当地的具体状况及图件用途、项目发包单位的要求，绘制土地利用现状图。坐标系统为1954北京坐标系，中央子午线为114度，高程采用1956黄海高程基准。项目区土地利用现状图输出如图3所示。
图3 项目区土地利用现状图
4 结束语
基于GPS技术的专题测绘已在基本农田土地整理中得到广泛应用，采用GPS技术大大减少了控制点数目，直接得到外业测量数据，省去许多不必要的中间环节，其测量效率大大提高[3]；RTK测量一个人即可完成，同时免去了换基站带来的误差。实践证明GPS技术的应用最大限度地减少外业工作量，产生巨大的经济效益和社会效益。GPS与GIS、RS的结合，在土地管理中将更为广泛。GPS在基本农田土地整理中应用的高效性和准确性，为其在资源调查、交通运输、气象监测等领域提供借鉴和指导意义。
[参考文献]
[1] 张金亭. 试论土地整理测绘[J]. 国土资源科技管理，2006，23(1):29-31
[2] 魏二虎，黄劲松. GPS测量操作与数据处理[M]. 武汉：武汉大学出版社，2004
[3] 詹长根.数字地籍测量[J]. 测绘信息与工程，2004，29(2):44-46
[4] 李征航，黄劲松. GPS测量与数据处理[M]. 武汉：:武汉大学出版社，2005
[5] 詹长根. GPS RTK技术在地籍测量中的应用. 测绘信息与工程[J]，2003，28(5):31-32
[6] 马洪滨. GPS RTK技术在繁华城区管网三维数据采集中的应用研究. 测绘科学[J]，2006，31(2):119-121
