1、第三章 现代测量技术在地籍测量中的应用3.1 概述用常规的测图方法（如用经纬仪、测距仪等）通常是先布设控制网点，这种控制网一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点。最后依据加密的控制点和图根控制点，测定地物点和地形点在图上的位置，并按照一定的规律和符号绘制成平面图。GPS 技术的出现，可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标。特别是应用RTK 新技术，甚至可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度、快速地测定界址点、地形点、地物点、地物点的坐标，并利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图，然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。全站仪的出现，也使得地籍测
2、量效率大幅度提高，尤其是将全站仪与 GPS技术相结合，使得数字地籍测量得以实现。3.2GPS 测量技术在地籍测量中的应用3.2.1GPS 简介1 GPS 简介GPS(Global Position System)是全球定位系统的简称。它是利用导航卫星进行测时和测距,以构成全球定位系统,它具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。近年来,随着 GPS 接收机性能和数据处理技术逐渐完善,其应用领域也不断拓宽。在航空、航天、军事、交通、运输、资源勘探、通信、气象等几乎所有的领域中,它都被作为一项非常重要的技术手段
3、,用于导航、定时、定位和进行大气物理研究等。GPS 的主要特点有以下三个方面:全球覆盖连续导航定位:由于 GPS 有 24 颗卫星,且分布合理,轨道高达20200km,所以在地球上和近地空间任何一点,均可连续同步地观测 4 颗以上卫星,实现全球、全天候连续导航定位。高精度三维定位: GPS 能连续地为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。GPS 提供的测量信息多,既可通过伪码测定伪距,又可测定载波多普勒频移、载波相位。抗干扰性能好、保密性强:GPS 采用数字通讯的特殊编码技术,即伪噪声码技术,因而具有良好的抗干扰性和保密性。2 GPS-RTK 工作原理RTK(Real Time Kin
4、ematic)测量原理是将一台 GPS 接收机安装在已知点上对 GPS 卫星进行观测,将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上,再通过基准站电台发射出去;流动站在对 GPS 卫星进行观测并采集载波相应观测量的同时,也通过流动站电台接收由基准站电台发射的信号,经解调得到基准站的载波相位观测量;流动站的 GPS 接收机再利用 OTF(运动中求解整周模糊度)技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度,最后求出厘米级精度流动站的位置。这种测量方法的关键是求解起始的整周模糊度即初始化,并能始终保持。因此 RTK 测量除要求有足够数量的卫星和卫星具有较好的几何分布外,还要求
5、基准站与流动站间的数据通讯必须保持良好。3 RTK 的数据链覆盖范围及精度目前,RTK 的数据传输多采用 UHF(超高频,300MHz-3000MHz)、VHF(极高频,30MHz-300MHz)和 HF(高频,3MHz-30MHz)播发差分信号,这三种频率的特点如表1 所示。一般的说,低频节省能量,穿透非金属物体力强,工作频率不受无线电频率管制约束;超高频作用范围广,传送数据速度快,但是比较耗能,穿透力较弱,作业区域不能有太多干扰。目前市面上带有 RTK 功能的 GPS 产品大都采用超高频。其作用距离大约满足下列公式的要求:D=4.24(h1)1/2+(h2)1/2 (这是由于地球曲率半径造
6、成的)。该公式中 h1 和 h2 分别是基准站和流动站电台的天线高,单位为米;D 为数据链的覆盖范围的半径,单位为公里。但是以上所说都是在无障碍物遮挡和无电波干扰的理想条件下的覆盖范围,实际应用中将会有些出入。高精度的 GPS 测量必须采用载波相位观测值,RTK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。在 RTK 作业模式下,基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集 GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果。流动站可处于静止状态,
7、也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪,流动站则可随时给出厘米级定位结果,精度十分准确。4 RTK 缺点及应对措施GPS-RTK 技术有着测量精度高、定位准确、操作简便等诸多优点,但是在日常测量工作中也受到很多条件的影响和限制,一般来说有以下几个方面:4.1 受大气电离层影响离地约 100 公里以上的高空大气十分稀薄,受太阳或宇宙线的辐射后,气体分子产生电离,形成电离层。大气电离层能使电磁波折射,反射,散射,吸收,严重影响
8、微波通信,会吸收能量和引起信号畸变。一般说来,气温高,电离层活跃,RTK精度低,应避免在高温中测量。4.2 被工作环境干扰微波的自身特性导致其易受相关环境干扰,如磁场,同频噪音等,因此用 RTK技术施测时,应避免在高压线、无线电台、电视信号发射塔、移动通信基站、大型金属建筑物,强能量噪声源等附近,同时也要保证施测点位周围垂直角 15 度以上天空无障碍物。4.3 受卫星状况限制根据 GPS 空间卫星群的均匀分布,任何时间和任何地点地平线以上可以至少接收到 4 颗 GPS 卫星发送出的信号,但如想得到稳定的测量精度,接收的卫星信号应达到 5 颗。因此,一般情况下,高山峡谷深处、密集森林区及城市高楼
9、密布区等地区接受到的卫星信号较少,不适宜采用 GPS 技术测量。4.4 高层测量误差较大用 GPS 技术进行高程测量时,误差较大,远达不到常规测量的精度。因为GPS 技术是基于大地坐标,如果想准确的转换为海拔高程十分困难,更何况我国现有的高程异常图存在较大误差,在有些地区甚至还是空白。但是实施常规的几何水准测量有困难的地区,GPS 高程测量无疑还是一种有效的测量手段。5 RTK 技术在地籍测量中的应用地籍测量是对地块权属界线的界址点坐标进行精确测定,并把地块及其附着物的位置、面积、权属关系和利用状况等要素准确地绘制在图纸上和记录在专门的表册中的测绘工作。地籍测量的成果包括数据集(控制点和界址点
10、坐标等)、地籍图和地籍册。地籍测量主要应用 GPS-RTKR 的两大功能:静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息,确定地点某点的三维坐标;动态功能是通过卫星系统,把已知的三维坐标点位,实地放样地面上。3.3 全站仪在地籍测量中的应用3.3.1 全站仪的基本构造与功能1 全站仪概念全站仪的全称为全站型电子测速仪，英文名称为 Electronic Total Station。全站仪集机、光、电于一身，可以对水平角、垂直角、斜距、平距、高差完成同时一次性测定。一次安置全站仪即可完成一个测量站的全部测量工作。2 全站仪的结构及应用优势2.1 全站仪的结构 全站仪包括测距、测角与常规测量专用
11、软件三个组成部分，整套全站仪系统包括以下几个子系统：智能测角系统，其功能与电子经纬仪相似，可同时对水平与垂直角进行测量。智能测距系统，其功能与电子测距仪相似，通常使用红外光源，对目标与安置机位间的距离进行测定。在具体使用时分为架设棱镜与棱镜两种，视具体测量要求而定。中央处理与存储系统，这一部分是全站仪的核心。测角系统与测距系统测得的数据传传输入中央处理，使用专用计算机程序进行相关运算，最后将运算结果保存至存储器中。简单的来说全站仪就是由智能经纬仪、智能测距仪与相关计算机存储与运算程序所组成的整套设备与系统。2.2 应用全站仪的优势 操作简便。全站仪使用的望远镜为同轴望远镜，这种同轴望远镜在瞄准
12、目标时其视准轴、电子测距仪中的发射光波轴与接收光轴这三轴达到同轴化，同轴化可使其物理结构更加紧凑，操作更加便捷，极大的提高工作效率。精准度高。全站仪内设有倾斜双轴自动补偿器。双轴是纵向轴也就是视准轴于水平面之上的投影 X，与横轴于水平面之上的投影 Y。双轴自动补偿可实现自动智能校正纵向轴与横向轴出现细小倾斜从而对测量产生的影响。纵向轴出现倾斜时，会导致观测角度出现误差，使用盘右、盘左观测平均取值法无法完全校正这种误差。输入设备人性化。全站仪的键盘与显示器均为双面设置，以实现正、反操作的便捷性。全站仪的显示器学可显示 4 行或4 行以上文字与字符，这种大容量的显示设备便得使用人员可以同时读取距离
13、、角度与高差等相关信息。鉴于测量工作环境、时间等原因，显示屏还设特设了照明装置，在不具备外来光源的条件下依然可以清晰读取。大容量存储。全站仪的存储设备是测量结果的保存设备，其作用是把本次测量工作采集所得原始测量数据以及计算结果进行保存，并确保下一步读取。全站仪自带的储存器已经具有越大的容量，但同时为适应特殊环境测量工作，还支持外接储存卡。储存卡的体积小便于携带，存储容量大，在特殊条件作业时可携带多张储存卡备用，确保了长时间野外测量工作的数据存储稳定与安全性。数据传输的实时便捷。全站仪的数据传输是通过通信电缆与接口将存储器中的数据传输给计算机系统，或者将外来数据输入进全站仪存储器，可实现双向自信
14、交互。目前随着网络通信技术的不断发展，有的全站仪可实现红外线传输，无线上网络传输等更广泛的传输方式。3.3.2 加密地籍测量控制点全站仪加密地籍测量控制点的方法是在高一级的控制点之间，利用全站仪测设附合导线、支导线或支点，以解决地籍测量中控制点密度不足的问题。3.4cass 软件在地籍测量中的应用3.4.1 概述CASS7.0 与市场上几乎所有全站仪和其它电子仪器的连接，适合电子手簿自动记录、电子平板、数字化仪录入、扫描仪扫入等多种地图数字化模式，实现与 GIS 接口、地图绘制，地籍表格制作、图幅管理等数字地图应用与地籍管理功能。该软件具有完备的数据（图形）采集、数据处理、图形生成、编辑、输出
15、等功能，能方便灵活地完成数字化测图的各种工作，还具有与地理信息系统 GIS 接口等数字地图应用与管理功能。地籍图生成及编辑是地籍测量的重要环节，它将根据图式规 范的要求，生成标准的数字地籍图 ( 图形文件 ) ，供图形输出及 应用。在进行数字法测图时，首先要考虑到地籍图 经常以 1：500 的比例尺输出，应以 1：500 的地籍图为基础进行图形存贮、信息取舍及编排。同时还要考虑到可能的输出比例尺 如 1：1000、1：2000 等图件的要求。地籍图生成完毕后，在输出前一般还要经过图形编辑，对某些地方进行增减或修改，应对图件上各种信息进行分类，并根据不同要求存放在不同图层中。地籍图符号绘制是制图
16、工作中一项工作量很大的工作，应用计算机成图可以减轻地籍图符号绘制的工作量。计算机成图不像模拟法成图那样逐个绘制符号，而是根据图式规范，先建好符号库，符号库一般由数字测图系统提供，用户也可以根据自己的需要增加、删除或修改库中的某些符号，然后进行调用即可。数字地籍图的精度取决于原始资料的精度和资料输入与处理的精度；而原始资料的精度取决于地籍测量时细部点的测量精度。在进行数字法测绘地籍图时，要严格进行检查，特别是对接边的地物逐个检查、调整，减小误差，确保精度。3.4.2 作业技巧（1）野外测量草图。要充分利用权属调查的工作草图，采集数据时只在草图上标注全站仪记录的点号，使草图上标注的点号与全站仪的点
17、号一致，而且是唯一的，这样，可大大提高内业微机编辑图的工作效率。（2）注记界址点号。在权属调查过程中实地现场标注了界址点号，地籍图上的界址点号要求与实地编号统一。针对这一问题使用 CASS 软件中的“修改界址点号”功能，对照权属调查草图，点取对应的界址点圆圈，对话框即提示它的当前号，将它修改为与实地一致的界址点号，然后点击“注记界址点号”项，这时地籍图上所注的界址点号就是与实地编号统一的界址点号。（3）街坊界址点成果表。Cass 软件自动生成的界址点成果表是以宗地为单位的，而土地部门往往还需要以街坊为单位的界址点成果表。首先以街坊为单位，用“界址点生成数据文件”功能，将街坊内的界址点生成“DAT”格式的数据文件，然后用 excel 来编辑它。切记将 X 坐标值剪切至 Y 坐标值前面，因为 CASS系统坐标数据文件格式为“点号，编码，Y，X，H” 。将表格中的数据全部选中，用升序排列，加上表头，就绘制成了以街坊为单位的界址点成果表。（4）宗地图。在“地籍处理”菜单下点击“地籍参数设置” ，在“宗地图比例尺分母倍数”栏输入“100” ， “界址点编号方式”选择“街坊内编号” ， “宗地图内图形”选择“不满幅” 。设置完成后，再进行批量生成宗地图，这时生成的宗地图的比例尺是 1：（100*N） ，N 为自然数。
