毕业设计（论文）- GPS RTK在地籍测量中的应用.doc

龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目： GPS RTK在地籍测量中的应用 专 业： 测 绘 工 程 班 级： 11级 测 绘 （2） 班 学 号： 2011092617 姓 名： 傅浩 指导教师： 张高兴 职称： 副教授 GPS RTK在地籍测量中的应用 资源工程学院 11级测绘工程专业(2)班 2011092617 傅浩 指导教师 张高兴 【摘要】进入21世纪，伴随着科学技术的迅猛发展以及国家的大建设大发展，测绘技术不断发展，测量的作业方式也越来越多样化，其中GPS RTK技术在其中发展是比较快的，其功能多、用途广、定位精度高、全天候、全天时等优点让测绘过程越来越简单-成果越来越精确。本文主要介绍了GPS RTK的一些基本原理、操作方法、技术特点、介绍了地籍测量的一些基本知识，GPS RTK在地籍测量方面的一些应用，以及GPS RTK在地籍测量方面的应用实例。 【关键词】GPS RTK 地籍测量 应用实例 目录1.绪论.1 1.1引言.12. GPS RTK技术.1 2.1GPS系统的组成.1 2.2GPS的主要特点.1 2.3RTK技术.2 2.3.1RTK技术概念.2 2.3.2RTK定位原理.2 2.3.3RTK的优缺点.2 2.3.4GPS RTK工作原理图.3 2.4GPS定位原理.3 2.4.1GPS绝对定位原理.3 2.4.2GPS相对定位原理.33. 地籍测量.4 3.1地籍测量.4 3.2地籍测量的特点.4 3.3地籍控制测量.4 3.3.1地籍控制网基本要求.4 3.3.2地籍控制网类型.5 3.3.3地籍控制网布网原则.6 3.3.4首级地籍控制网的布设.6 3.3.5加密控制网的布设.6 3.3.6GPS RTK控制测量.6 3.4地籍碎步测量.64.GPS RTK在地籍测量中的应用.7 4.1静态GPS测绘.7 4.2GPS RTK测绘.7 5. GPS RTK在地籍测量中的应用实例.8 结束语.9 致谢语.10 参考文献.10 1绪论1.1引言GPS是全球定位系统（global positioning system)的简称，是美国为了满足军事及民用部门动态三维导航的需要而研究建立的新一代卫星导航系统。被广泛应用于地面车辆跟踪、紧急救生、土地资源管理等各个领域。随着时代的发展、科技的进步，GPS卫星定位系统在民用方面应用的越来越广泛，这对进一步推动GPS RTK技术在地籍测量中的应用发挥着重大作用，随着GPS技术的不断发展，该技术已应用于地籍测量的各个方面，如：地籍控制测量，应用GPS进行地籍控制测量不要求观测点的通视，这样就可以让观测更为简便；地籍碎步测量，地籍碎步测量是地籍测量中不可缺少的，通过引入GPS RTK技术可以让观测结果更为直观，也可减少大量的人力物力财力；土地勘测定界，土地勘测定界是一项政府性的工作，特点是作业范围广，工作量大，有时是在野外作业，观测难度高，在这种情况下应用GPS技术进行测绘可以提高工作效率、减少工作量。随着国家的大建设大发展，GPS技术会成为地籍测绘中的主要技术该技术在现实生活中的应用领域也将越来越广。2.GPS-RTK技术2. 1GPS系统的组成1 GPS系统包括三大部分： (1)空间部分GPS卫星星座:GPS工作卫星及其卫星星座 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。 (2)地面控制部分地面监控系统:GPS地面监控部分由卫星监测站、主控站和信息注入站三大部分组成，各部分在具体应用中都有相应的功能和任务。 （3）用户设备部分GPS信号接收机：用户设备主要由接收GPS信号的各种硬件设施和用来内业处理的各种软件设施等组成。 图2-1 GPS系统的构成2.2GPS的主要特点从20世纪70年代发射的第一颗GPS实验卫星到现在，人们通过该系统进行了很多的研究，该系统的优势和特点表现在以下几个方面：（1） 功能丰富，用途广泛 GPS系统不但能够应用于测绘领域、交通管理领域，还可以应用于航空航天领域等等。 （2）定位精度高 GPS系统可以连续实时地为用户提供目标的三维信息，其精度如下表： 表2-1 GPS的精度表 (3)实时定位 应用GPS技术进行定位导航，可以较为精确地得到运动目标的各种位置信息和时间信息。这样，不但可实时确定运动目标的准确位置，也有助于人们出行时选择最佳路线，同时为军事上动态目标进行精确地定位导航。2.3 RTK 技术2.3.1RTK技术概念：根据载波相位差分技术为测站点测出在指定坐标系中的位置三维定位技术2。2.3.2RTK定位原理RTK定位原理是通过放置在不同位置的两台接收机，然后在其之间进行一系列的操作以及加装一些设备，把两台独立的接收机连接成一个有机整体；基准站会将接收到的数据和基准站的所在点位坐标和天线高度通过无线电系统传输到流动站；流动站在观测的过程中可收到卫星发射的信号和基准站发送的信息，并进行数据处理：将基准站的载波信号与自身接收到的载波信号进行差分处理，在此过程中输入各种相关参数，就可以得到未知点的坐标。其定位原理如图2-2 图 2-2 RTK定位原理2.3.3RTK的优缺点优点：a. 使用RTK技术进行测绘时,对通视要求不高，可以直接进行测绘。b. 测绘操作简单，一个人就可以单独完成相关的测绘工作。c. 在进行地籍测量时，定向工作可以省去，在连接相关网络和蓝牙后就可直接开始进行数据采集，节约了大量人力物力财力。d. 所测的点位可以在屏幕上很直观的显示。缺点：a. 受天气等自然条件影响大，特别是在阴雨天气、云层较厚的时候，信号接收会受到很大的影响。b. 在测点附近有手机、汽车或者有其他干扰信号的的物体时也会受到影响。c. 在大面积水域或有玻璃等反射物时会产生多路径效应，会干扰信号的接收。d. 在城市等建筑物密集等地方，信号容易被建筑物等物体遮挡，使其在使用过程中受到条件约束。2.3.4GPS RTK工作原理图如图2-3 图2-3 GPS RTK工作原理图2.4 GPS定位原理1GPS定位原理分为绝对定位原理和相对定位原理。2.4.1GPS绝对定位原理：以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基础，通过已知卫星的瞬时坐标，确定接收机天线所对应的点位，也就是观测站的位置。如图2-4 图2-4 GPS绝对定位2.4.2GPS相对定位原理;通过利用两台GPS接收机，将它们分别安放在基线的两端，在同一时间观测相同的GPS卫星，来确定基线端点在协议地球坐标系中的相对位置或基线向量。如图2-5 图2-5 GPS相对定位3. 地籍测量3.1地籍测量：地籍测量是为了得到和表达地籍信息所进行的测绘工作。该测量的主要任务是对土地及其地表上附着物的位置，权属界限，类型，面积等进行测绘。3.2地籍测量的特点：地籍测绘虽然是测绘的一种，但它不同于其他测绘，最大的不同方面体现在凡是涉及到土地及其附着物权力的测量都可视为地籍测量，具体表现在以下两个方面： 1.地籍测量是一项基础性的政府主导的测绘工作； 2.地籍测量为国家的国土资源管理提供了精确，可靠的参考系统。 3.3地籍控制测量3 地籍控制测量是依据界址点和地籍图的精度要求，根据所测区域范围的大小，测区范围内现有控制点数量的多少和等级等情况，根据测绘的基本原理和各方面要求进行一系列的设计、选点、埋石、野外观测、数据处理等。3.3.1地籍控制网基本要求 精确性 地籍控制网的精确性是指必须要保证地籍控制网成果的精确可靠，能够为地籍要素测绘图3-1点连式网形提供精密、正确的结果。 连续性 为确保所测区域与国家控制网的统一性，测区的网点应与测区已有的国家高级网点相连接。 稳定性 在布设控制网的过程中，不仅要满足当前测量所需的要求，而且还要尽量做到在以后其他工程需要时能为其服务，这样就可以节省大量的人力物力财力，避免因为需求变化导致地籍控制网的重布或重测，所以我们需要改变地籍控制网的精度和密度被某些因素所限制的现状，建立一个能在以后的工作中保持稳定的基准。3.3.2GPS地籍控制网的类型 GPS地籍控制网常用的布设形式有：点连式、边连式、边点混合连接式。 （1）点连式：点连式是指仅通过一个公共点将两个相邻同步图形连接在一起。因为点连式布网几乎没有非同步图形闭合条件，这样就可能导致网形的几何强度不高，可靠性也低，所以在布网时一般都不单独使用4。如图3-1所示： （2）边连式： 边连式是指两个同步图形共同使用一条边，这样布设有较好的几何强度。与点连式进行比较，在拥有同样的仪器个数下，观测时段数就会大大的高于点连式。如图2-2所示： 图3-3 边点混连式a）b （3）边点混合连接式：边点混合连接式就是将点连式与边连式两者的优点集结在一块组成的一种布设方法5，如图3-3所示。混连式是实际作业中最为频繁使用的布设方法，这种方法不仅可以确保GPS网的几何强度，提升可靠指标，而且可以使外业的工作量，强度和测量成本得到大幅降低。3.3.3GPS地籍控制网的布网原则 在现实的测绘过程中，应根据测区的具体情况选测适合的控制网。但是，不管布设成哪种形式的网形结构，以下几点都是我们在实际测量过程中应该注意的布网原则：1.“步步有检核”，GPS网通过独立观测边构成闭合图形，因为自由基线不具备构成闭合图形的条件，不能发现粗差，所以GPS网中不能有自由基线，这样可以尽量避免粗差的出现，增加检核条件，提高网的可靠性。2.GPS网要根据每个点独立设站观测两次或两次以上的原则来布设控制网，这样布设的网精度和可靠性可以大大提高。3.GPS网和地面网要有两个或两个以上的重合点，因为两网之间要进行坐标的相互变换。4.在实际布设的GPS网中，基线类型不能太多，这样不利于发现粗差。5.GPS点应根据测区实际情况选择施测条件较好的点。3.3.4首级地籍控制网的布设 因为考虑到城市建设的长期性，首级地籍控制网要保证能够在较长的一个时期内使用，因此首级地籍控制网布设的范围应要尽量能够满足中长期的城市规划需要。根据现今科技的发展，首级地籍控制网应优先使用GPS网进行布设，GPS控制网划分为A、B、C、D、E五个等级，因为等级不同，所以对各误差以及对边长的要求也不同，具体要求如下表：测量分类固定误差a(mm)比例误差b(ppm)相邻点距离（km）A50.11002000B8115250C105540D1010215E1020110 表3-1GPS等级网 级别项目ABCDE平均距离300km70km1015km510km0.25km 表3-2GPS各等级网中对边长的要求3.3.5加密控制网的布设 在现实生活中，我们所做的一般是小范围的具体的测量，在这种情况下我们如果采用首级控制网进行测量有许多不便，为此，我们应根据地籍细部测量的具体要求进行加密控制网的布设。当测量的范围较大时，一般都布设成GPS网，如果布设成导线网时，应布设成直伸的形状。因为随着测量仪器的不断发展以及处理软件的不断升级，加密控制网一般不再分级，计算式应整体平差。3.3.6GPS RTK控制测量 该方法是在移动站和固定站之间的一种实时动态相对定位技术。其能在短时间内得到厘米级精度，比必须解算的静态GPS更高效。该技术为测绘行业带来一次革命，提高了野外作业效能，在GPS的进一步发展起到了关键的推动作用6。 3.4地籍碎部测量碎部测量是以控制点为基础，测定地物、地貌的平面位置和高程，并将其绘制成地形图的测量工作。地籍碎部测量主要方法包括全站仪碎部测量和GPS RTK碎部测量，两种测量方法想比较，GPS RTK碎部测量具有测量速度快、操作简便、作用范围广、可单人操作等优点。但任何一种技术和仪器在现实生活中都有优缺点，GPS RTK在碎部测量中的不足之处有以下几点：1.在进行GPS RTK碎部测量时必须保证能够接收到卫星信号，这对于接收不到卫星信号的地方就有许多测量困难。2.在现实测量实际中，有些情况下GPS虽能接收到信号，但因其他原因而不能施测，这时我们要根据现场的需要将GPS RTK技术与传统的测量方法相结合进行观测7。4. GPS RTK在地籍测量中的应用 现如今， GPS随着科学技术和生产力的不断发展，技术越来越成熟，应用范围越来越广，全球化的趋势明显。最初，受到技术和技术投入的限制，在测绘行业运用不多，只用作于高精度控制测量。现在则被广泛应用于各种测量领域。实时差分RTK是一种实时动态的定位技术，在一定范围内，它能够实时地为用户提供各点位在特定坐标系中的三维实用坐标，且精度较高。在大比例尺地形测量、变形监测等各种测量工作中，起到举足轻重的低位，极大地减少了人力、物力的投入，提高了工作效率。4.1静态GPS测绘 （1）准备工作：在外出测量前应根据测区实际情况和测绘时天气情况制定具体可行的施测计划，对所用仪器进行检核校正，对测量人员进行分工安排等。 （2）开始观测时应尽可能做到各观测站同时开机、同时关机。 （3）观测时间：在观测过程中要根据具体的基线长短和实时的点位的周边环境来确定。观测时间应根据基线长短的具体情况来确定，同时根据测绘当天的卫星情况，将基线最长的边安排在卫星状况较好的时间段观测，点位环境比较不好时，可以将观测时间根据具体情况适当延长。 （4）网型结构：采用边连接或混合式连接为宜。 （5）观测与结果记录：观测前要对接收机天线进行对中、整平和量高等，特别要注意的是脚架是否放稳了，然后再填写记录手簿，画出点位略图。 （6）开始采集数据时要避免其它物体接触天线或遮挡信号，特别要注意的是观测者如带有手机或其他无线通信设备时应关机，提高数据的采集精度。 （7）当仪器开始工作时，应对卫星信号、电源、自动记录显示是否正常进行检查，当出现不正常的情况时，应第一时间告知其它测站，根据具体出现的问题作出处理。4.2GPS RTK测绘 （1）准备工作：根据测量需要与测区实际情况选择合适的点位，点位的选择应注意以下几点8：点位应选在视野开阔的位置，尽量减少卫星信号被遮挡或吸收；点位选择应避免附近有大量的水体的地方或存在有对卫星信号接收有强烈影响的物体，把多路径效应降到最低；点位选择时尽量选择有利于其他观测手段扩展与联侧的地方；选点之前应安排有关人员进行实地考察，根据实地的具体情况进行选点；点位的选择应选在地面条件良好，能够长时间保存的地方。 （2）在确定了合适的点位后就进行基准站的设置：在点位上架好仪器、对中整平后开机，在确保各部分连接无误的情况下，按下接收机的电源开关键，点击键盘上的按钮并打开掌上电脑，对接收机做相关的参数设置。在流动站进行测绘作业之前，要先在基准站的接收机中输入“坐标、天线高和站点标识符”。因为流动站测点的坐标是根据基准站确定的，是通过流动站的接收机计算得到的，所以，我们必须先知道基准站的三维坐标（平面和高程坐标），这样我们流动站才可以计算出坐标。 （3）在基准站各参数设置好后就可以开机运行，基准站运行时也有些基本要求：为了使测量效果更好以及保护仪器避免受到损害，我们不要让仪器长时间在太阳底下暴晒，以及被雨水淋湿；在观测过程中测量工作人员不能离仪器太远，需要定时检查仪器的设备状态和运行状态，并及时记录、报告，对异常状态进行处理；同时我们可以采用双电源电池对GPS设备和RTK设备提供电量。在各项工作完成以后，我们要对基准站进行检测，查看基准站的系统是否仍然运行正常，是否正常接收卫星信号，其接收的卫星数目是否符合要求，同时还要检查基准站电台是否能够正常地传输数据。在保证基准站各部分都正常运行的情况下，测量工作人员就可以准备观测。 （4）接下来就要对流动站进行设置和初始化:在流动站上，将GPS天线安置在测杆上，量测并记录GPS天线高，安置电台天线、连接各个部件、安装好掌上电脑，最后把流动站设置成RTK作业的模式和检验RTK的系统9。进行流动站的初始化是测量工作之前必不可少的一个步骤，它能解决整周模糊度的问题。因此，在进行GPS RTK测量工作之前，都要对流动站进行系统的初始化9。流动站系统的初始化是自动进行的，它所耗费的时间与周围的环境有很大关系。如果视野开阔没有遮挡物而且能接受到五颗以上的卫星，在很短时间内就能完成初始化。如果通视情况不好，不能接收到足够的卫星信号，那么流动站必须重新选择初始化的点位。在初始化结束之后，我们必须要让流动站在任何时刻都能接收到四颗或四颗以上的卫星信号，当这个条件不满足时，流动站就会容易发生初始化失效，从而必须重新初始化，这在实际观测中就会造成一定的影响。 （5）流动站的准备工作做完后就可以根据实际观测需要进行测量，在测量过程中一定要保持测杆的稳定，观测完成后要记得保存数据。（6）外业测量完以后回到室内，用数据线把仪器和计算机连接起来，把数据导出到计算机内，用特定的软件进行数据处理，得出测量成果。5. GPS RTK在地籍测量中的应用实例实验名称：地籍控制测量。实验目的：研究GPS RTK在地籍控制测量中的应用。测区概况：测区范围是整个学院，学院视野开阔、交通便利、无高大建筑物、接收信号良好。实验内容：设计整个校园的GPS控制网，然后根据已知点的坐标以及精度要求求出未知点的坐标，从而实现对整个校园的控制。GPS控制测量依据：全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T183142001）；2.全球定位系统城市测量技术规程（CJJ7399）；3、公路全球定位系统（GPS）测量规范（JTJ/T06698）； 4、数字产品质量要求（GB17491.1）；此次实习所用的仪器是南方公司提供的GPS，操作简单。但是在选点和进行数据采集的时候，需要遵循以下指标如表5-1、5-2所示： 表5-1 E级GPS的测量标准项目等级卫 星高度角有效卫星数（静态）观测时段数时段长度（min）E级1541.640 表5-2 E级控制网精度级别距离（平均值）误差值a（mm）误差的比列最弱边相对中误差闭合环边数E级0.2-510201200001010外业观测：本次观测我们小组选择了天气状况良好的时候出去观测，在观测的时候遵循相关的观测标准，所布设的网型如下图所示： 所得实验数据如下：（1）（2）内业数据处理：本次内业数据处理采用的是南方测绘 Gnss数据处理软件，GPS接收机采集记录的是GPS接收天线至卫星伪距，载波相位和卫星星历等数据11。经过一系列的处理得到以下坐标数据：表5-3各点坐标和精度ID X坐标 Y坐标rms(mm)dx(mm) dy(mm)点 名E22769663.463502052.1590.31740.22990.2189E2E12769321.422502030.6451.29950.93770.8996E1E32769423.354501628.91951.38891.0160.947E3S12769662.782501467.71841.11310.7960.7781S1D92769640.928501179.951.66761.17451.1839D9D642769918.742501673.689000D64X792769885.63501259.587000X79 表5-4各点的高程ID 正常高(高程)大地高 Rms(mm)点 名E2396.8302433.69710.534E2E1407.5457444.41252.7787E1E3391.3403428.20722.8212E3S1375.8907412.75762.4983S1D9374.7551411.62192.994D9实验结论：根据对数据进行处理解算的结果和控制测量规范的要求，得出GPS RTK技术在地籍控制测量的应用是可行的结论。6. 结束语GPS RTK技术在地籍测量中的大规模应用，不仅大大地减少了人力物力财力的消耗，而且还加快了测量的速度，提高了测量成果的精度、质量，给测绘行业带来了质的飞跃。GPS RTK技术在地籍测绘中的应用使地籍测绘的精度、效率和实时动态性达到了最佳的配置融合，对国家推进城镇化建设发挥着不可替代的作用。GPS在地籍测量中的优势有以下几点：（1）测站之间无需通视，传统测量方法在实际操作时需要保持通视，同时又要保证控制网的良好结构，所以GPS测量具有很好的发展前景。（2）定位精度相对较高。（3）测量时间较短，相对与传统测量技术，GPS可节省大量时间。（4）可以提供三维坐标。（5）操作简便，GPS测量可以降低野外作业的强度，同时GPS接收机重量比其他仪器轻、体积较小，在野外观测时可以节省大量人力物力财力。（6）可以全天候作业。 致谢语时间过得真快，一转眼，大学四年的学习生活即将结束，读书生活将在这个季节画上句号，然而对于我的人生来说，这只是一个逗号，一个新的开始。大学的四年里，在老师、同学、朋友的帮助下，我渐渐长大、慢慢成熟。在论文完成之际，首先，我最要感谢我的导师张高兴老师，在我整个论文的写作过程中，帮助我明确论文思路，精心指导，这篇论文凝聚着张老师亲切的关怀和辛劳的汗水，在此，我想对张老师说：“张高兴老师，您辛苦了，谢谢你的帮助和指导，我会永远铭记于心。”接着我要感谢资源工程学院的各位老师，是你们给了我知识、给了我前行的力量，在此祝老师们身体健康，工作顺利，合家欢乐！同时愿母校越办越好，人才辈出！然后我要感谢我的同学，在这四年的学习生活中，有了同学的陪伴，我的生活更加精彩更加有意义。最后，我要感谢我的家人多年来对我学业的支持，给我生活的照料和精神的慰藉，为此，在未来的路上，我会更加努力，成为一个对国家对社会有用的人。参考文献1 李天文. GPS原理及应用M. 北京:科学出版社, 2003. (2)：23 -24.2 王智杰等.测绘工程中GPS-RTK技术在数字化测量中的应用J.中国科技信息，20123 詹长根，唐祥云，刘丽.地籍测量学M.武汉：武汉大学出版社，2011，81.4 苗继承,汪益林.GPS的布网形式探讨J.中国新技术新产品,2012，(7)：4 -4.5 周建郑,任伟.GPS全球卫星定位系统及其在测量中的应用J.开封大学学报,2003,17(3)：65 -67.6 吴孟坤，丁逸.静动态GPS及CORS等不同地籍控制测量技术方法应用区域实证研究J.科技创新导报，2011，（29）：5.7 余淑君等.3S技术在土地利用更新调查中的应用J.南阳理工学院学报，20108 王德保GPS在城市控制网中的应用研究D，济南：山东科技大学，20049 张述清杨润书,朱明GPS-RTK技术在地籍测量中的应用研究J昆明理工大学学报，200710 GB/T18314-2001，全球定位系统（GP