摘要：GPS作为一种高科技产品，实现了空间卫星技术与通信技术的高度统一，其精确定位方式促进了人类科学技术的进步。随着科学技术的发展，GPS技术在各种应用领域的应用越来越广泛，也越来越受到人们的认可和依赖，从空间技术到移动定位应用，GPS无处不在。近年来，GPS技术不断创新和发展，GPS技术在我国土地测绘领域得到了广泛的应用，为各种建设和社会发展提供了准备和保障，它是最基本的科技事业，有效地促进了土地资源的管理和利用。GPS卫星定位技术由于其测量误差小，在土地测量和制图中具有广阔的应用前景，没有复杂的人工操作。本文将对GPS在土地测绘中的应用进行分析和探讨，并讨论GPS技术在土地测绘中的具体应用形式和效果。
关键词：GPS；土地测绘；技术应用；开发利用
一、GPS技术的相关概述
（一）GPS技术的简介及运用现状
1、GPS技术简介
GPS作为最先进的定位工具之一，是地籍信息最重要的数据采集工具之一[1]。近年来，GPS接收机的快速发展，GPS不仅提供地理位置，而且将属性信息应用到地籍空间数据中。例如，地籍信息系统中的道路包括道路上一系列点的空间坐标和道路的属性信息，而GPS只能收集场中离散点的空间坐标，为了使这些点形成路径并理解其属性信息，就必须在外业采集这些离散点时加以说明和描述。
2、GPS技术的运用现状
GPS是一种全球卫星定位系统，在全球范围内，它通过GPS卫星定位和导航，利用基本三角测量原理，巧妙地计算和测量了无线电信号的传输时间，测量了相应的距离[2]。早在20世纪80年代，我国就已经有了电子经纬仪、精确测距仪、数字测距仪等技术先进的地面测量仪器，这些先进仪器的出现有力地推动了我国工程测量的现代化，为我国测绘技术的创新和发展创造了有利条件。1994年，在美国建立了全球定位系统（GPS）之后，这项技术在土地测量中的应用开始发生根本性的变化，GPS凭借其高速、高效、高精度的优势，在陆地测绘中得到了广泛的应用。在中国，随着GPS差分定位系统和RTK实时差分定位系统的不断创新和发展，GPS技术已被广泛应用于国家大地测量网、工程控制网等领域，随着GPS测量技术单点定位精度的进一步提高，GPS技术在各个领域都具有广阔的应用前景[3]。
（二）GPS定位原理
GPS定位的基本原理是到达时间（TOA），具有已知坐标的设备（地面控制站、定位卫星等）发送定位信号，计算接收设备接收信号时信号发送的时间，结合信号发送速度（如无线电波速度等）计算信号发送端与接收端之间的直线距离[4]。不同位置的信号传输设备会产生不同的方程，目标的坐标同时满足这些方程，通过求解这些方程，我们将能够求解被测目标在空间中的三维坐标。
ECF大地坐标系可以通过同时验证多个定位卫星来计算目标的空间坐标，卫星测量信号的传输由卫星携带的时间存储装置控制，卫星时间通过控制系统与不同的卫星同步，控制系统也调整测量设备的时间，使其与上述时间保持一致[5]。当定位卫星传输信号时，在传输信号当中包含了发出信号的时点信息，测量设备接收定位信号并记录收到的时点，从收到的信号中分离出信号发出时点信息，结合接收这些信息的时间，可以得到信号传输所消耗的时间，从而计算目标与定位卫星之间的距离，在此基础上，可以确定目标物体以卫星为中心，半径球为上述距离，与此同时，同样可获得第二颗定位卫星的类似信号，确定目标处在类似的圆球面上，这意味着目标位于两个球面的交线上。
（三）GPS测量技术的特点
1、定位精确度高
事实证明，GPS技术能够达到较高的精度。50公里以内，精度可达6-10米；在100-500公里范围内，精度可达7-10米；在500-1000公里范围内，精度可以达到9-10米。
2、较短的观测时间
随着GPS系统的改进和技术的更新，在20公里以内进行相对静态定位只需15-20分钟；当移动站与参考站之间的距离不超过15公里时，观察移动站只需1-2分钟。另外，不论你在任何时候，每个观测站的观测时间都只有几秒钟。
3、观测站之间不需要通视
在GPS测量中，只需要确保站上的天空是开放的，不仅不再需要对测站和测站之间进行通视，而且点间也不再需要通视，这不仅可以节约一部分的选标费用，同时也可以免去大地网中传算点与过渡点间的一些测量工作，并节省了一部分人力。
4、提供立体坐标
与传统的大地测量方法不同，GPS可用于测量立体坐标下的测点。随着GPS技术的发展，现有的GPS技术已经能够满足四级水准测量的高精度要求。
5、操作简单
随着GPS接收机的不断完善，接收机的尺寸越来越小，自动化程度也越来越高，这在很大程度上降低了相关人员工作的难度和强度，使现场工作更加轻松。
（四）GPS在地籍控制测量中的开发
GPS卫星定位技术给测绘工作带来了革命性的变化，同时也对地籍测量工作，特别是地籍控制测量工作产生了重大影响。
地籍测量的目的是确定地籍的所有权、点、线、形状和数量[6]。地籍测量的准确性直接影响地籍管理的准确性，我国大部分省市的地籍调查对于界址点对临近图根点的点位总误差要求非常高，必须达到几何精度。在地籍测量中，GPS不需要相互通信，它具有定位灵活、全天观察灵活、精度高的优点，在地籍测量中可以避免地籍控制点的限制。
GPS仪器的使用精度与等级控制的精度相匹配，控制点的选择符合GPS位置选择的要求，GPS网的精度完全满足地籍测量规程的要求。
二、土地测绘中主要涉及的GPS技术分析
（一）GPS静态测量技术
GPS静态测量，主要是通过测量型的GPS接收机进行定位测量。当GPS接收机的位置在整个观测过程中保持恒定时，静态测量就开始了。在数据处理中，接收天线的位置被认为是不随时间变化的固定值，要测量的点的坐标是由接收到的卫星数据确定的[7]。GPS静态测量通过三个以上的接收器同步观测，通常超过40分钟，通过计算测绘数据的调整方案，得到了最终的结果。静态测量是土地测绘最基本的工作，其主要任务是建立控制网络。
（二）RTK技术
RTK是动态GPS的缩写，全称是以载波相位为观测量的实时动态相对定位，它把GPS数据传输技术和测量技术有效的结合起来，这是一种新型的GPS测量技术，是GPS应用的一个里程碑。RTK一般分为两个部分，一个是参考站，另一个是移动站，其中，参考站的主要设备是广播电台和主机，它主要通过外部的大功率发射机和内置的微型绝热装置传输数据信号，不同的是，移动站不仅可以接收天空卫星的信息，还可以接收到基准站发来的更正信息，数据的位置可以通过内置的解决方案有效地确定，在大多数情况下，这种精度符合土地测量的规范。
（三）CORS技术
连续卫星定位服务系统（CORS）是RTK系统的升级版。将网络技术引入测绘领域，促进测绘行业的深度改革，根据所要求的控制范围，可以设置一个或多个固定参考站，24小时连续运行，系统提供的GPS观测和其他相关信息可以通过系统自动验证，主要通过互联网和移动通信设备获取上述信息。在过去，选择和建立普通的RTK基站有许多缺点和局限，在多基站RTK的使用中，CORS消除了单调的基站建设，并开始建立连续的定位系统，因此，人工误差开始缓慢下降，测量精度得到了极大的提高。由于CORS系统的广泛应用，全省覆盖了许多地区，有效地促进了边缘地带土地测量的顺利发展，然而，在密集的建筑区域，信号接收能力较差，这也给测量带来了困难，因此，在使用该技术时，如果具体问题根据不同的当地条件进行分析和调整，将会充分发挥CORS技术在地籍映射中的作用。
三、传统监测方法与GPS测量方法的比较
（一）传统监测方法的弊端
传统的现场监测方法是一种简单的辅助方法或平板法，虽然近几年使用的遥感方法对土地利用状况监测的宏观变化具有很强的适用性，但由于成像条件和地形环境的限制，不能全面、及时地反映动态变化，特别是在微观监测中，传统的技术方法仍在使用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆简单的补充测量方法是采用比较法、截距法、交点法、直角坐标法等几何方法，利用变化地物与周围明显地面物体之间的相关位置关系进行测量，根据比较法、截距法、延长线截距法、距离交会法、直角坐标法等几何方法来进行实测丈量。简单的补充调查方法只适用于小规模变化和周围明显点变化的情况，若是已知明显地物点较少，变更范围较大的地区，传统的监测方法是采用平板仪补测，该方法速度慢、效率低，在实施过程中容易受到主观因素的干扰，难以保持精度，容易影响监测结果的质量。
（二）利用GPS测量土地的优势
全球定位系统（GPS）是一种基于计算机技术的陆地测绘系统，它利用卫星进行定位，并与相关软件相结合，它的优点使其在土地测量中得到了广泛的应用，随着科学技术的进步，GPS测量技术也在不断地发展和完善。
1、GPS测量优化了传统测量技术
在先进科学技术的支持下，具有以下优点：（1）遥感技术应用于陆地测量，操作方便，15分钟内就可找到卫星测量；（2）GPS具有实用性强、测量精度高、误差小等优点；（3）GPS测量减少了测量的局限性，优化了地形条件对陆地测量的影响；（4）GPS测量范围广，可达10km左右，极大地促进了陆地测绘的发展。
2、GPS降低了测量作业的劳动强度
GPS可以降低测量工作的劳动强度，主要表现在以下几个方面：（1）GPS测量仪器携带方便，性能稳定，便于地面测量工作的实施；（2）GPS测量仪器使用简单、方便、快捷，省去了传统土地测量仪器繁琐的安装步骤，提高了土地测量的效率，降低了测量人员的劳动强度。
3、GPS能有效确保测量数据的准确性
GPS测量灵活方便，在实际测量中，不需要所有站间的远视就可以确定测量点。测量和观测时间约30分钟，有效地节约了土地测量的人力、物力和时间，提高了土地测量的效率，保证了测量数据的准确性。
（三）GPS与地籍测量当中的传统测量方法比校
与地籍测量当中的传统测量方法相比，除了上述GPS测量技术的特点之外，GPS卫星定位测量方法具有以下几方面的实用优势：
1、能获取空间坐标
GPS卫星定位测量法在采集测量点的信息时，提供待测点的三维空间坐标数据。目前，GPS方法的误差水平符合四等级测绘要求。
2、使用容易
使用GPS方法时，人为干预较少。随着GPS设备技术的不断完善，其体积大大减小，使用越来越容易，根据操作规则，启动GPS收发信机设备即可测量，通过坐标转换算法对被测信号进行处理，计算定位坐标，其余的工作，如与卫星对接、与卫星保持联系等，不需要人为干预。
3、应用广泛
GPS方法可用于距离和速度检测领域，也可用于时间和方向的验证，速度捕获误差为1dm/s，时间校准误差可控制在毫秒级。
4、低成本
一方面，随着GPS接收机价格的降低和数据处理软件的逐步完善，GPS设备的软件和硬件的采购成本非常；另一方面，利用GPS技术进行地籍测量通常只需要一个测量员来进行接收机，大大削弱了实际测量工作的负荷，节约了人力和物力的同时也减轻了测量员的工作量，测量点也不再需要一般视图，大大降低了测点识别的成本。因此，采用GPS作为地籍测量手段，可以大大降低地籍测量成本。
四、GPS技术在土地测绘中的应用
GPS卫星定位技术的快速发展，给测绘带来了革命性的变化，也给地籍测量带来了巨大的影响，由于GPS具有位置灵活、全天候、高速、高精度等优点，在中国各省市的地籍测绘中得到了广泛的应用。接下来，将详细介绍几种GPS测量模式在地籍控制测量、地籍碎片测量中的应用：
（一）地籍控制测量
GPS技术不仅给土地测绘带来了巨大的变化，而且为现代测绘创造了良好的条件。就土地测绘领域而言，随着GPS技术的成熟，在当前的测量工作中，特别是地面控制测量领域，已经开始占据非常重要的位置。在传统测绘技术中，在进行地籍控制调查之前，必须进行相互通信，这样不仅测量结果不准确，更浪费了大量的时间和成本，而且在测量中，一旦地形复杂，常见的视力状况更差，测量任务的精度就难以保证，而GPS技术能够有效地避免各方面的问题，它不仅不需要相互通信，而且在测量过程中对GPS系统的结构和精度影响不大。
（二）土地资源调查和变更调查
在土地调查中，通常需要对应不同的位置精度要求。在采用GPS测量模式上，可以使用单点定位、常规差分GPS、PPK、广域差分GPS等方式，根据近年来的研究结果，这些GPS测量方式，成倍地提高土地利用变更调查和动态监测速度，其精度和可靠性得到极大的改善，克服了传统方法的种种弊端，不但省时省工，而且适用于各种各样复杂多变的情况，真正地实现了动态监测的实时性和数值化，保证了土地利用数据的现势性[8]。
在土地测量中，如果定位精度不高，首选单点定位方法；如果定位精度要求达到公制水平，建议采用宽区域差分GPS模式；如果在附近建立了传统的差分GPS参考站，可以接收到差分信号，也可以使用传统的差分GPS；如果没有广域差分GPS信号接收设备，可以在测量区域附近的已知点建立常规差分GPS参考站，传统的差分GPS或PPK模式可以用来划分区域内的土地。
（三）土地界线的勘测
划定陆地边界是一项复杂的任务，它不仅要充分考虑和满足土地征收以及流转的需要，而且要为土地利用范围和边界位置的工作提供准确、科学的数据，只有这样，我们才能为测量技术提供高质量的服务。在土地测量与定标的早期阶段，虽然传统的测量技术可以利用相关的测量仪器进行测量，但该方法存在许多缺陷，例如测量精度相对较低，测量范围相对较小，传统的测量方法不仅不能达到预期的测量结果，而且增加了测量人员的工作量，因此，随着GPS技术的普及和进一步发展，一些传统的陆地边界测量方法逐渐被淘汰。
（四）地籍细部测量的应用
地籍测量的主要任务是确定土地所有权边界的位置和界址点，它是地籍观测的重要组成部分。如果在地籍细节调查中存在较大的误差，则详细调查的精度将受到严重影响，这在传统的地籍调查中很常见，然而，如果将GPS技术应用于地籍测量，则可以有效地避免地籍测量中的误差问题。在不同的区域，根据测量任务的具体情况，将GPS技术引入到需要详细测量的区域，那么，在测量过程中就有许多方法可以有效地改善GPS信号的状态，例如使用距离查找器、经纬仪等工具，使用交叉、坐标等方法，如此，不仅可以满足精度要求，而且提高了细节测量的效率。
五、结论
GPS技术的开发和应用在测绘界引发了巨大的变革，它一方面改变了人们的思维方式扩宽了人们的视野；另一方面，也给测绘界带来了崭新的技术和方法。GPS系统具有高效率、高速度等特点，它的出现让测量工程有了更多的发展空间和更大的开拓范围，确保了工程的施工质量，提高了测量精确度，极大地促进了土地测量的成效，为土地测量节省了更多的人力、物力和财力，这不仅对土地测量技术的优化有着重大的意义，更为国民经济建设提供了更加丰富、更加可靠的材料依据，进一步也促进了我国建设速度和水平的提高。
参考文献：
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[7].王新立.GPS技术在土地勘测定界中的应用[J].河南测绘，2006，（2）：17-181.
[8].肖嘉辰.RTKGPS技术的应用及管理[J].信息技术，2017，31（6）：50-541.
论文作者:张琳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：测量论文; 技术论文; 土地论文; 精度论文; 信号论文; 方法论文; 传统论文; 《基层建设》2019年第30期论文;