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論土地測量中的差分GPS技術(shù)

所屬欄目:電子技術(shù)論文 發(fā)布日期:2012-12-14 09:04 熱度:

  摘要:本文提出了獲取土地使用變化信息的新方法,即運(yùn)用移動(dòng)差分GPS技術(shù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,和傳統(tǒng)測量方法相比, 此方法具有操作方便、準(zhǔn)確、快速的優(yōu)點(diǎn), GPS數(shù)據(jù)輸入 GIS后能夠快速成圖。

  關(guān)鍵詞:土地測量,差分GPS技術(shù),應(yīng)用

  1.引言

  GPS是基于空中衛(wèi)星的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以給全球提供高精度、實(shí)時(shí)、連續(xù)、全天候的時(shí)間信息、三維速度和三維位置。能對多方面的需要進(jìn)行滿足,能使用太陽進(jìn)行運(yùn)動(dòng)定位或靜態(tài)定位。目前,此技術(shù)發(fā)揮著極大的作用,在勘測石油地質(zhì)、調(diào)查和管理地球資源、規(guī)劃城鎮(zhèn)、調(diào)查和測繪土地等領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。

  2.土地測量及其分類

  土地測量的測繪對象是指土地的使用現(xiàn)狀、面積、權(quán)屬和位置等,是對土地及其附屬物的使用現(xiàn)狀、權(quán)屬、質(zhì)量、面積、位置和界線等幾何形狀與基本情況進(jìn)行調(diào)查與測量。

  根據(jù)不同的區(qū)域,我國地籍調(diào)查可分成農(nóng)村地籍調(diào)查和城鎮(zhèn)地籍調(diào)查。城鎮(zhèn)地籍調(diào)查的成圖比例尺比較大 (>1∶5 000),農(nóng)村地籍調(diào)查是土地利用現(xiàn)狀調(diào)查和權(quán)屬調(diào)查相結(jié)合進(jìn)行的,一般成圖的比例尺是1∶10 000,使用3°投影帶,經(jīng)緯度標(biāo)準(zhǔn)分幅。城鎮(zhèn)土地測量要求的精度高,主要是測量界址點(diǎn)的空間坐標(biāo),一般是用航片解譯來完成農(nóng)村土地測量,相對的測繪精度較低(誤差<±8 m)。

  另外,土地測量也可分成變更土地測量和初始土地測量,前者是重新測量已產(chǎn)生變化的地籍要素,保持地籍圖的現(xiàn)實(shí)性;后者是變更土地測量的基礎(chǔ),也是首次進(jìn)行的測量工作。

  一般土地測量對高程的要求不高,只對地籍要素的平面位置進(jìn)行測定;因?yàn)橥恋鼐哂薪?jīng)濟(jì)性和法律性,所以地籍圖一定要保持其現(xiàn)勢性和準(zhǔn)確性。作為一種新興的高精度定位工具, GPS將會給土地測量工作帶來諸多方便。

  3.差分GPS 技術(shù)在土地測量中的應(yīng)用

  圖解法與解析法是城鎮(zhèn)土地測量的傳統(tǒng)方法。圖解法是采用航空攝影、經(jīng)緯儀或平板儀等測量儀器把地籍要素和界址點(diǎn)的位置直接測繪于圖上;解析法是采用經(jīng)緯儀、平板儀等常規(guī)測量儀器或電子手簿和全站儀,根據(jù)現(xiàn)場采集的距離和角度對界址點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行解算的方法。該法得到的是界址點(diǎn)及其他地籍要素的坐標(biāo)。

  差分 GPS(DGPS)在實(shí)際的外業(yè)測量中,能夠按照精度要求的不同,使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分(RTK)、動(dòng)態(tài)差分定位、快速靜態(tài)差分定位或靜態(tài)差分定位等不同的作業(yè)模式,是一種近幾年才發(fā)展起來的新測量方法。其中的RTK技術(shù)可以實(shí)時(shí)的給出差分定位結(jié)果,減少野外觀測時(shí)間,歷時(shí)少于1S,在野外實(shí)時(shí)獲取的定位精度為厘米級。最重要的是,因?yàn)镽TK技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)給出每一歷元的定位結(jié)果,所以測量人員能夠?qū)y站和基準(zhǔn)站的解算結(jié)果與觀測結(jié)果的收斂與質(zhì)量情況進(jìn)行監(jiān)測, 避免了誤差造成的重測工作量,提高了GPS測量工作的高效性和可靠性。

  4. GPS外業(yè)測量工作的實(shí)施

  4.1準(zhǔn)備工作

  準(zhǔn)備工作有,組建作業(yè)隊(duì)伍和制定野外測量的操作規(guī)程、熟練使用差分處理軟件、熟練掌握GPS接收機(jī)的操作方法等。在對土地調(diào)查的各種復(fù)雜情況進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,制定與GPS測量特點(diǎn)相適應(yīng)的操作規(guī)程。

  4.2評價(jià)并加密現(xiàn)有的測繪控制網(wǎng)

  若測區(qū)內(nèi)的GPS測繪控制點(diǎn)密度不夠或根本沒有,加密或引點(diǎn)能夠通過GPS靜態(tài)差分定位技術(shù)來進(jìn)行;若測區(qū)內(nèi)的標(biāo)控制點(diǎn)和WGS84GPS控制點(diǎn)數(shù)量足夠,則完全可以滿足我們的需要;若是單機(jī)絕對定位GPS測量,則無需要任何測繪控制點(diǎn),但考慮到土地詳查等等GIS數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)在疊加配準(zhǔn)時(shí)要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及差分的計(jì)算要求,測區(qū)內(nèi)就需要有一定數(shù)量的測繪控制點(diǎn)。

  4.3數(shù)據(jù)在測量中的組織和編碼

  可以對每臺移動(dòng)測站 GPS 接收機(jī)進(jìn)行編碼,進(jìn)行測量的每一臺移動(dòng)接收機(jī)的數(shù)據(jù)文件名都需包含文件序號、機(jī)號、日期等信息,以便數(shù)據(jù)的存檔管理和內(nèi)業(yè)處理,從而避免差分處理時(shí)數(shù)據(jù)管理的混亂。例如,文件名為O922O7O3.mob,表示測量時(shí)間為9月22日,7號機(jī)第3個(gè)數(shù)據(jù)文件。再者,除了要在野外測量中對變化邊界的空間坐標(biāo)進(jìn)行采集外,還要對土地利用類型、權(quán)屬等屬性信息進(jìn)行采集。所以應(yīng)該以和土地詳查中的編碼原則一致為原則,在測量前對各屬性進(jìn)行統(tǒng)一的編碼。

  4.4建設(shè)基準(zhǔn)站

  若有足夠數(shù)量的GPS測量控制點(diǎn)在測區(qū)內(nèi),就可以把基準(zhǔn)站設(shè)置在測區(qū)中心位置。要求基準(zhǔn)站的附近沒有強(qiáng)電磁干擾(如高壓線、變電站等),沒有樹木和高大建筑物等地物的遮擋。在已知點(diǎn)上用三角架把GPS抗多路徑效應(yīng)的天線架好,三角架的垂直和水平方向要調(diào)平并和已知點(diǎn)對準(zhǔn),將GPS接收機(jī)打開進(jìn)行初始化,把天線視角(基準(zhǔn)站一般為1O°)和采樣率(等于或大于移動(dòng)站)等參數(shù)設(shè)置好。準(zhǔn)備工作一旦完成 就開始采樣。

  4.5識別并標(biāo)識變化圖斑

  測量之前先把變化地塊的大致位置識別出來并標(biāo)識在圖上,便于野外測量時(shí)使用。在某項(xiàng)目中,變化地塊的空間分布的發(fā)現(xiàn)是通過對土地詳查數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合分析來進(jìn)行的。此外,能夠按照現(xiàn)場詢問和用地申報(bào)文檔的方法來識別那些采用遙感手段無法發(fā)現(xiàn)的變化。

  4.6使用移動(dòng)站 GPS接收機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集

  對于道路、水渠等線狀地物,在測量中要把天線放在其中心線上,并把該線狀地物的屬性信息記錄下來,輸入到GPS接收機(jī);若一個(gè)地塊的部分產(chǎn)生了用地類型變化,就要測量變化邊界,從起點(diǎn)開始,沿邊界把天線移動(dòng)到終點(diǎn)。將當(dāng)前文件的記錄終止,形成一個(gè)封閉的多邊形;若有點(diǎn)狀地物需要測量,可使用靜態(tài)差分的方法記錄數(shù)據(jù)。

  4.7內(nèi)業(yè)差分處理

  內(nèi)業(yè)差分處理需要完成的是按照移動(dòng)站與基準(zhǔn)站獲得的觀測量,根據(jù)GPS解算軟件對移動(dòng)測站在WGS84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值進(jìn)行解算。

  5.后處理移動(dòng)差分 GPS 技術(shù)

  按照土地利用變更調(diào)查的精度要求和特點(diǎn),需要選用動(dòng)態(tài)差分作業(yè)模式。雖然基于載波相位的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分方法可以提供厘米級的定位精度,但它要求基準(zhǔn)站和測站的基線長度小于15 km,在實(shí)際的測量工作中,也會因?yàn)榈匚镎趽醯纫蛩卦斐尚l(wèi)星失鎖。需要對整周模糊度進(jìn)行重新求解,致使可靠性降低。由于基于C/A偽距碼的動(dòng)態(tài)差分方法的精度可以達(dá)到米級,所以當(dāng)測量過程中衛(wèi)星出現(xiàn)失鎖時(shí),就可以對衛(wèi)星進(jìn)行重新鎖定,而且時(shí)間很短(<1s),此外接收機(jī)的價(jià)格也比較低,因此我們認(rèn)為基于偽距碼的差分GPS能夠滿足土地利用變更調(diào)查的需要。同樣處于投資的考慮,不采用實(shí)時(shí)差分方式而用后處理差分方式,能夠減少建設(shè)數(shù)據(jù)傳輸鏈的費(fèi)用。

  獲取土地使用的變化數(shù)據(jù)可以通過后處理移動(dòng)差分方式來實(shí)現(xiàn)。例如測量工具可以采用Promark X-CM接收機(jī)。此機(jī)具備1O個(gè)接收通道,能接收C/A碼觀測量和L1載波,同時(shí)能進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分、載波相位差分、移動(dòng)差分、偽距靜態(tài)差分和位置差分,能夠接收RTCM差分信息。機(jī)器配置有4Mb內(nèi)存, 便于野外連續(xù)作業(yè),可以對記錄8 h 載波相位數(shù)據(jù)或30h 偽距碼進(jìn)行連續(xù)觀測,另外還可提供多種數(shù)據(jù)接口與坐標(biāo)系統(tǒng),機(jī)身配置的差分處理軟件功能強(qiáng)大。

  隨著CORS測量系統(tǒng)的完善,GPS測量在土地測量中使用將更加廣泛,極大提高土地測量精度及工作效率。

  6.結(jié)束語

  在獲取地籍?dāng)?shù)據(jù)時(shí)應(yīng)用GPS 技術(shù)具有如下優(yōu)勢:自動(dòng)接收并存儲信息,內(nèi)外業(yè)緊密結(jié)合,保證了成果的可靠性和提高了測量速度;測量結(jié)果是三維地理數(shù)據(jù)(WGS84 坐標(biāo)系下),相互間的關(guān)聯(lián)性好,易于共享;測量精度高,適合獲取土地使用變更數(shù)據(jù)的要求;野外操作簡便,儀器體積小,具有全天候的觀測能力,對測站之間的通視沒有要求,不受氣象條件和時(shí)間的限制。

  參考文獻(xiàn):

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  [2]袁新強(qiáng).淺談差分GPS(DGPS)技術(shù)的廣泛應(yīng)用[J].山西建筑,2009,(14).

  [3]胡志剛.花向紅.韓紅超.李振海 GPS-RTK技術(shù)在土地測量中的應(yīng)用研究[J].測繪信息與工程,2007,(5).

文章標(biāo)題:論土地測量中的差分GPS技術(shù)

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