1、 GPS 在地籍测量中的应用学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 工程测量与监理 指 导 教 师： 西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）摘 要当前，社会结构复杂化，现代科技的快速发展导致人们对社会管理的需求大大增加同时，随着人们法律意识的增强，对法律的需求也日趋强烈，这也就要求地籍测量工作快速发展。随着计算机技术和信息技术的迅速发展，现代地籍调查与测量技术取得了长足的进步， “3s”技术广泛应用于实际的现代地籍调查与测量工作中，使得藉调查与测量的采集手段、管理模式和应用方式发生了显著的变化。特别是 GPS 技术已广泛的用于地藉测绘、城镇规划，并在地球资
2、源调查与管理、地质勘测等领域并发挥着巨大的作用。GPS 以其速度快、精度高、布点灵活和效益好等优点，在土地测绘领域应用中取得良好的效果，相信随着土地使用制度的改革的 GPS 应用前景将会更加广泛。现代地籍测量与传统地籍测量有着极大的不同，现代地籍测量的主要工作内容包括地籍平面控制测量、地籍细部测量和土地利用变更调查和监测三大部分。随着 GPS技术的不断改进和完善，其测绘精度、速度和经济效益都大大的优于目前的常规测量技术和方法，已逐渐发展成为地籍测量工作中的主要技术方法。本文主要介绍 GPS 技术在地籍测量方面的应用。关键词：地籍测量；GPS- RTK；应用GPS 在 地 籍 测 量 中 的 应
3、 用- II -目 录摘 要.引 言.11 GPS 概述 21.1 GPS 的定位原理 .21.2 GPS 技术的特点 32 GPS 地籍测量的作业模式 .42.1 常规静态相对定位42.2 快速静态定位42.3 GPSRTK 实时动态定位 43 GPS 技术在地籍测量中的应用 .53.1 GPS 技术在地籍控制测量中的应用 53.1.1 利用 GPS 定位技术布测城镇地籍的基本控制网 .63.1.2 利用 GPS 进行外业观测 .63.1.3 GPS 外业数据的质量检核 .63.2 GPSRTK 技术在地籍细部测量中的应用 73.3 GPS 技术在土地利用变更调查和监测中的应用 83.3.1
4、 土地利用变更调查.93.3.2 动态监测.9结 论.11致 谢.12参 考 文 献.13西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 1 -引 言高精度、高效率的新型测绘仪器 GPS、RTK 等的出现，使得数字测绘、全球定位系统、遥感和地理信息系统为代表的现代测绘技术体系的建立更加方便，也使得地籍测量与现代测绘新技术的结合更加紧密，地籍测绘也由理论到实践发生了根本性变化。应国土资源部“ 一五” 规划的要求， “数字国土”工程已全面展开。因此，地籍测量必须为进一步建立地籍数据库和地籍管理系统提供准确、合理、规范、全面的基础数据。传统的地籍测量手段已经难以满足实际工作
5、的需要，GPS 技术被广泛地应用在了地籍测量行业,而且大大提高了地籍测量的周期和精度。本文结合 GPS 在地籍测量中的应用能够快速、准确和高效地完成测量任务,并能取得良好的经济效益和社会效益进行展开讨论。GPS 在 地 籍 测 量 中 的 应 用- 2 -1 GPS 概述全球卫星定位系统(Global Positioning System 简称 GPS) ,是以人造地球卫星为观测对象的无线电导航系统,该系统能为用户提供精密的三维空间坐标、运动物体的三维速度和标准时间,具有全球性、连续性和全天候的功能。它由导航星座、地面台站和用户定位设备三部分组成。导航星座是由 24 颗位于地球上空约两万公里轨
6、道上卫星网所组成,卫星网的布置可保证在地球上任何地点任何时刻至少能同时观测 4 颗卫星,最多时可观测到 11 颗卫星播发的导航信号,实现三维精确定位。1.1 GPS 的定位原理GPS技术是以接收机至GPS卫星之间的距离作为基本测量来实现定位的。当地面用户的GPS接收机同时接收到四颗以上的卫星信号后，通过使用伪距测量或载波相位测量，测算出卫星信号到接收机所需要的时间，再结合各卫星的星历，将卫星至用户的多个距离球面相交后，即可确定用户所在点的三维坐标位置。图 1 GPS 三维坐标定位GPS 定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。
7、如图 1 所示，假设 t 时刻在地面待测点西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 3 -上安置 GPS 接收机，可以测定 GPS 信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以上四个方程式。1.2 GPS 技术的特点相对于经典测量学来说，GPS测量主要有以下几个特点：(1)测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS 这一特点,使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔,以使接收 GPS 卫星信号不受干扰。(2)定位精度高,一般双频 GPS 接收机基线解精度为 5mm 1PPm,而红外仪标称精度为 5mm 5PPm, G
8、PS 测量精度与红外仪相当,但随着距离的增长, GPS 测量优越性愈加突出。大量实验证明,在小于 50km 的基线上, 其相对定位精度可达 1210-6,而在100500km 的基线上可达 10-610-7。(3)观测时间短。在小于 20km 的短基线上,快速相对定位一般只需 5min 观测时间即可。(4)提供三维坐标。GPS 测量在精确测定观测站平面位置的同时,可以精确测定观测站的大地高程。(5)操作简便。GPS 测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态,而其它观测工作如卫星的捕获、跟踪观测等均由仪器自动完成。(6)全天候作业。GPS 观
9、测可在任何地点,任何时间连续地进行,一般不受天气状况的影响。GPS 在 地 籍 测 量 中 的 应 用- 4 -2 GPS 地籍测量的作业模式目前较为普遍采用的GPS测量作业模式都可用于地籍测量，GPS作业模式主要有常规静态相对定位、快速静态定位和GPSRTK实时动态定位等。2.1 常规静态相对定位采用两台(或两台以上)接收机，分别安置在一条或数条基线的两端点，同步观测四颗以上卫星，每时段长45 120min。基线的相对定位精度可达5mm+110 -6D。GPS所构成的网行利于外业检核，并且可以通过平差，进一步提高定位精度，可用于地籍控制网的建立。2.2 快速静态定位在测区中部选择一个基准站，
10、并安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟，并测得流动站相对于基准站的基线中误差5mm+110 -6D。特点是作业速度快、精度高，但两台接收机工作构不成闭合图形，可靠性较差，可用于地籍平面控制网建立，控制点加密及界址点测量等。2.3 GPSRTK 实时动态定位GPSRTK技术是建立在载波相位观测值基础上的实时动态定位系统，应用RTK技术进行定位时要求基准站接收机实时的把观测数据及已知数据实时传输给流动站，流动站快速求解整周模糊度，在观测到四颗卫星后，即可实时地求解出厘米级的流动站动态位置。该技术已广泛用于地籍测量，能实时测定界址点并能达到厘米级精度。将
11、GPS测得的数据处理后直接录入GIS系统，可及时地获得精确的地籍图。西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 5 -3 GPS 技术在地籍测量中的应用GPS在地籍测量中的应用，包括三个阶段：测量准备工作、外业观测、内业整理及成果输出。其作业流程如图3 .1：测量前准备工作GPS 网形布设测绘数据的组织与编码基准站建立外业观测初始化处理变化图环的识别与标识利用移动站 GPS 接收机采集数据内业数据处理及成果输出CHUCCHUCHU 出图3.1 GPS技术在地籍测量中的作业流程图3.1 GPS 技术在地籍控制测量中的应用常规技术如三角测量，导线测量用于地籍控制测量都
12、要求相邻点间通视，费工费时，而且精度不均匀。对导线的边长，角度的要求很高，一旦城镇中地形复杂，同视条件差，边长无法控制时，精度也难以把握。而 GPS 静态相对定位测量时，无需点间通视，就能高精度的进行测定，还可以高精度快速地测定各等级控制点的坐标，不受受常规的多个技术条件限制。GPS 在 地 籍 测 量 中 的 应 用- 6 -3.1.1 利用 GPS 定位技术布测城镇地籍的基本控制网目前，GPS 技术已成为地籍控制测量的主要手段。若地籍控制网边长大于 15km，采用 GPS 常规静态测量模式；若边长在 515km，可采用 GPS 快速静态测量或 RTK 测量模式；若边长小于 5km，优先采用
13、 RTK 模式或静态快速定位。与经典三角测量相比 GPS 具有灵活多变的布网方式，速度快、精度高，观测具有更为复杂的函数和随机模型。GPS 地籍控制网的网点密度可按测区范围和先后次序分为基本网和加密网两类。城镇地区界址点密度较大，在保证网点的点位精度条件下控制点密度力求增大到便于测定界址点。必要时 GPS 网下在加密一级图根导线，能直接从图根点测定界址点。GPS 各边比常规网边长变化幅度在布测控制网时，对于边长小于810km 的二、三、四等基本控制网和一二级地籍控制网的 GPS 基线向量，可以采用GPS 快速静态定位的方法。精度一般可以达到 12cm 左右，完全可以满足地籍控制测量的需要，可以
14、大大的缩短观测时间和确保在今后工作中的准确性。建立 GPS 定位技术布测地籍控制网时，应与已有的控制点进行联测，联测的控制点最少不能少于 2 个。3.1.2 利用 GPS 进行外业观测在 GPS 观测提前一天，用最近的 GPS 卫星星历参数作出卫星可见性预报，避开PDOP 值较大时段，以保证得到最佳观测时间，提高作业效率和观测质量。野外作业按计划各组人员按时到达指定点位做好准备工作。设置一台 GPS 接收机作为基准站，并将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入 GPS控制手簿，一台或几台 GPS 接收机设置为流动站。基准站和流动站同时接收卫星信号，基准站将接收到的卫星信号通过基
15、准站电台发送到流动站，流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理，实时得到本站的坐标和高程及其精度指标等，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较，一旦实测精度达到预设精度指标的要求，手簿将提示测量人员是否接受该成果，接受后手簿将测得的坐标、高程及精度同时存储到手簿中。3.1.3 GPS 外业数据的质量检核GPS 外业数据的质量检核在观测过程中，观测者不得关机又重新启动、自测试、改变卫星高度角及数据采样间隔，改变天线位置，关闭或删除文件等；不得离开测站，以防止人及其他物体的振动，碰动天线或遮挡卫星信号。仪器工作正常后，及时填写GPS 测量手簿的各项内容。每日观
16、测结束后，及时将数据转传或备份，同时还需检查数据是否正确完整，当确保数据正确无误地记录保存后。及时清除接收机内存中的数据以确保下次观测数据的记录有足够的存储空间。西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 7 -GPS 外业观测方便快捷，为了保证外业数据质量的可靠性，现从一下几方面进行检核：表 3 .1 同步环精度统计精度区间/mm 闭合环数 百分比/%00.5 17 60.70.51.0 6 21.41.01.5 3 10.81.52.0 2 7.1表 3 .2 重复基线观测精度统计精度区间/mm 边数 百分比/%2 0 0表 3 .3 异步环精度统计精度区间/
17、mm 闭合环数 百分比/%0.00.5 16 44.40.51.0 7 30.61.01.5 3 8.31.52.0 5 13.92.02.5 1 2.8表 3 .4 无约束平差 GPS 网的点位中误差统计误差区间/mm 点数 百分比/%0.01.0 1 4.51.01.5 12 54.61.52.0 5 22.72.02.5 4 18.2 2.5 0 0从表中可以看出所有数据点位精度较高且均匀，观测值的系统误差、粗差都在规范范围内符合要求。3.2 GPSRTK 技术在地籍细部测量中的应用地籍细部测量是地籍调查不可分割的组成部分，其目的是测定没宗土地的权属、界址点、线、位置、形状、数量等基本情
18、况。测绘1:500或1:1000的地籍图。地籍界址点一般点数多，分布密集，精度要求不高，若采用常规技术不仅要求测站点与界址点GPS 在 地 籍 测 量 中 的 应 用- 8 -之间通视，而且需要2 3人同时进行操作。若采用GPSRTK实时动态定位技术，就具有非常明显的优势：一是采点速度快，在保持卫星连续跟踪的情况下，一般单点测量仅需几秒钟，与全站仪想当；二是在以基准站为中心方圆20km内，既不需要变换基准站，也不需要图根控制点，更不需要定向，这就减少了全站仪频繁换站所花费的时间，且可以使多个流动站同时工作而互不影响。通过实践比较，在相同时间内，一台流动站大约是一台全站仪工作效率的1.5倍，可见
19、其工作速度、效率确实方便快捷。GPSRTK实时动态定位技术使地籍测量工作精度、作业效率、实时性达到了最佳的融合,为地籍碎部测量提供了一种斩新的测量方式。测定每一宗土地的权属界址点以及测绘地籍与房地产图，能实时测定界址点及一些地物点的位置并能达到厘米级的水平精度程度，完全能满足宗地图测量的精度要求。一人在基准点架好仪器，另一人背着仪器到每个碎步点停留1 2秒并同时输入特征编码，通过电子手簿或其他便携微机记录，就可测得该点的三维坐标。在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形、地物点位测定后回到室内或在野外，由专业测图软件处理后，可输出所需要的各种地籍成果资料。整个过程速度快，操作简单，而且大
20、大提高了工作效率。由地籍规程可知，在地籍平面控制测量的基础上的地籍细部测量。对于城镇街坊外围界址点及街坊内明显的界址点间距允许误差为10cm；对城镇街坊内部隐蔽界址点及村庄内部界址点间距允许误差15cm。RTK技术能够在野外实时得到厘米级的定位结果，能够减少野外观测时间，实时给出差分定位结果，历时不到1s，并且可以实时得到定位的精度，提高了GPS测量工作的可靠性，避免测量结果有误差带来的重测工作。在进行土地勘测定界工作中，相关规程规定测定或放样界址点坐标的精度为：相对邻近图根点点位中误差及界址线与邻近地物或邻近界线的距离中误差不应超过7.5cm。因此，利用GPSRTK技术也能满足上述精度要求。
21、应用GPS技术最能发挥其作用的是线性工程勘界工作。如山区高速公路用地勘界中，地形地貌复杂，通视条件极差。野外作业条件十分艰苦，采用常规测量方法不仅费时费力，而且砍伐工作量大，很难开展工作。设计单位只提供D级GPS控制点。采用RTK技术不加密控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度并快速地进行高速公路用地边界的放线和用地范围内权属地类等各种界线的采集，极大的缩短了工作时间，提高了劳动效率。3.3 GPS 技术在土地利用变更调查和监测中的应用为了得到大比例尺、高精度、电子版的农田基础地图作为参照图层,来分析与处理精细农业研究与实践中采集到的不同数据,GPS 遥感系统在土地调查与监测中的应用
22、，提高了测绘与成图精度。 西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 9 -3.3.1 土地利用变更调查变更调查指在完成初始地籍调查之后，为使地籍资料保持现势性而进行的土地及其附着物的权属、位置、质量、数量和土地利用现状的变更调查。近年来，摄影测量技术、GIS 技术、GPS 动态定位技术的迅速发展，为土地管理技术增添了新的技术手段。GPS 动态定位技术的飞速发展导致了 GPS 辅助航空摄影测量技术的出现和发展，极大减少地面像片控制点的数量，缩短成图周期，降低了成本。技术流程如下：航空摄影、像片控制测量；已有资料的数据库建立；图形叠加、分析及正射影像的输出；外业地类
23、调绘、权属调查；内业修测、编辑及图形回放、检查；图形精编、面积计算和汇总；坡向图制作和坡度坡向数据库建立；编写各项技术报告、说明书、成果资料等；土地利用变更调查成果输出及成果资料建档；检查、验收。3.3.2 动态监测我国绝大多数县（市）的土地管理部门仍是以纸为介质来存贮土地利用信息，存在成图周期长，不容易修改等不足，因而不能满足以年为周期的土地资源动态监测的需要。监测包括以下内容： 主动地发现土地利用的变化信息； 准确、快速地获取变化信息的数量和特性； 将变化信息与历史信息进行空间分析，获得新的土地利用现状数据； 土地数据的计算机管理与可视化； 方便快捷地输出成果图件。传统的动态野外监测采用简
24、易补测或平板仪补测法，如利用钢尺用距离交汇，直角坐标法等进行实测丈量，对于变通范围较大的地区采用平板仪补测。而应用 RTK 技术进行动态监测，则可提高监测的速度和精度，省时省工，真正实现实时动态监测，保证了土地利用状况调查的现实性。鉴于土地利用动态监测中野外地形条件复杂多样，测量工作量较大，费用有限，因此采取后处理差分的方法 来获取变化地块的空间位置和属性数据。GPS差分技术不仅可以提高单机定位精度，而且可以消除美国的SA政策所带来的误差和部分系统误差，充分提高GPS的测量精度。GPS差分技术的原理就是设置一个基准站，即在一个已知大地坐标的点上放置一台GPS接受装置，其测量值与已知值之间的差值
25、作为测站观测量的 改正量。根据基准站传向移动站的误差改正量不同，差分GPS又可分为距离差分、 伪距差分、相位平滑伪距差分和载波相位差分。对于局域网差分GPS，基准站与测站之间的距离在500 km以内是可行的。但是，要获得较高差分精度，基准站与测站之间的距离最好在100 km以内，这样，对流层延迟对基准站和测站的影响可以被认为基本相同。GPS 在 地 籍 测 量 中 的 应 用- 10 -目前基于伪距的差分技术只能提供米级定位精度，基于载波相位的实时差分技术（RTK）是一个突破，能实时提供厘米级的三维定位精度。另外，GPS实时动态差分技术码相位差分最高可达1cm，其精度完全满足土地利用变更调查及
26、其监测的精度要求。最新的GPS后处理动态差分技术几何精度也完全可以满足土地利用变更调查和动态监测的要求，还可以减少数据链的建设费用，做到方便、快速、实时。西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 11 -结 论（1）GPS技术在地籍测量中的作用是不可轻视的，而且还具有很大的发展前景。（2）GPS技术有着很高的精度，作业不受环境和距离的限制。对于特殊地形开展地籍测量，如公路、铁路等都很方便。（3）GPS技术能够快速、方便地得到地籍控制点三维坐标。（4）GPSRTK技术更能快速、高效率的完成界址点测量任务，并实现界址点的放样。（5）GPS在进行地籍测量中也存在一定的
27、局限性，主要是信号受干扰问题。因此，在主要采用GPS技术的同时用全站仪测量解决部分信号干扰的问题，将会更好地提高工作用。GPS 在 地 籍 测 量 中 的 应 用- 12 -致 谢本次论文得以顺利完成，首先要感谢指导老师谢媛媛，在她的悉心指导和帮助下，毕业设计和论文才得以最终完成。在实习期间我学到了很多专业知识，为后来论文的写作打下了基础。同时还要感谢西安大地测绘有限公司的同事们在实习期间给我的指导和帮助，他们在工作方面的经验值得我学习和借鉴。感谢西铁职院各位老师在大学三年时间里对我的悉心教导和辛勤培养。感谢同班的同学们在毕业设计期间给我的帮助，我们经常在一起对毕业设计期间遇到的各种问题进行了
28、多次细致的探讨，同学们在我校外实习期间多次帮我搜集毕业设计相关的资料；他们除了帮我收集资料外，还在数据采集阶段给我很多帮助。通过不断的互相学习、帮助，最终完成了毕业设计和论文。西 安 铁 路 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 13 -参 考 文 献1詹长根，唐祥云，刘丽.地籍测量学.武汉：武汉大学出版社，20052潘正风，杨正尧，程效军，成枢，王腾军.数字测图 原理与方法. 武汉：武汉大学出版社，20043杨德麟，大比例尺数字测图的原理方法与应用.北京:清华大学出版社,19984张正禄,樊炳奎,董彦玲.联邦德国地籍技术与方法.北京:测绘出版社,19885金其坤主编，地籍测量.北京:地质出版社,19946杜海平,詹长根,李兴林.现代地籍理论与实践.深圳:海天出版社,1999
