差分GPS技术在地籍测量中的应用

1、差分GPS技术在地籍测量中的应用张显峰崔伟宏摘要：提出了运用移动差分 GPS技术获取土地利用变化信息的新方法。 该方法在包头市郊区县进行了实验，结果证明与传统测量方法相比，具 有快速、准确，操作简便的优点，GPS数据输入GIS，可以快速成图。 关键词：地籍测量；DGPS应用中图分类号：P271文献标识码：B文章编号：0494-0911(2000)06-0004-03Application of Differential GPS Technology to Cadastral Survey表1两种差分方式的比较差分方式观测量初始化时间失锁后重新 锁定卫星精度成本操作RTK载波相位数分钟长厘M级高

2、较复杂后处理 移动 差分C/A伪距、载波相位多 谱勒观测量数秒很短M级低简单基于以上考虑，我们采用后处理移动差分方式来获取土地利用的变 化数据。目前市场上的GPS接收机中大部分都具有移动差分功能，例如 Magellan公司的Mark X系列，Trimble公司的4000GEO?。在比较各 公司产品的综合性能和价格性能比基础上，选取Magellan公司的Promark X-CM接收机作为测量工具。该机具有 10个接收通道，可接收 L1载波和C/A码观测量，并具有接收 RTCMS分信息的功能，可进行位 置差分，伪距静态差分，移动差分，载波相位差分和实时动态差分。机 器自带4 Mb内存，能连续观测记

3、录30 h伪距码或8 h载波相位数据, 对野外连续作业十分方便，此外随机配备的差分处理软件功能强大，提 供多种数据接口和坐标系统。四、GPS外业测量工作的实施目前，我国已经制定出全球定位系统(GPS)测量规范，由于将 差分GPS运用于大地测量尚处于研究阶段，没有相关的规程出台。笔者 曾在内蒙古包头市郊区县(面积2 083 km2)进行了 GPS野外测量，获取 土地利用变化数据。综合上述工作，总结出运用差分GPS8行土地利用调查的实施方法与步骤。1. 测量前的准备工作准备工作包括熟悉Promark X-CM GPS接收机的操作，差分处理软 件的熟练使用，制定野外测量操作规程及组建作业队伍等。在分

4、析土地 利用调查的各种复杂情况基础上，制定出适合 GPS测量特点的操作规 程。此外，测量队伍的组建也很关键，一个作业队应该至少由 3 人组 成，仪器操作员，记录员和导航员。记录员由了解国家土地详查规程的 人员充当，导航员由当地乡级土地员或村干部充当，其职责是寻找变化 地块。仪器操作员的任务是操作 GPS接收机，监视工作状态是否正常。2. 现有测绘控制网的评价与加密如果是单机绝对定位，GPSM量是不需要任何测绘控制点的，但考 虑到差分计算的要求以及将 GPS数据与土地详查等GIS数据叠加配准时 需要进行坐标转换，所以，测区内必须有一定数量的测绘控制点。如果 测区内已有足够数量的 WGS 84 G

5、P控制点和北京54坐标控制点，则完 全满足我们的需要，至于测绘控制点的精度，即使是E级控制点，其常量误差为土 10 mm相对误差为土 2OX1O-6D,足以满足农村地籍测量需 要。如果测区内没有GPS测绘控制点，或密度不够。可以用 GPS静态差 分定位技术进行引点或加密。测绘控制点 （ 网） 的建立或加密的具体方法 参见有关文献。3. 测量中数据组织与编码一般说来，用一台GPS接收机作为基准站，测站 GPS接收机则有数 台，同时进行测量。为了避免差分处理时数据管理混乱，我们对每台移 动测站GPS接收机进行编码，如1号，2号，3号，N号，在每一台移动接收机进行测量时，其数据文件名需包含日期、机号

6、、文件序 号等信息，这样便于数据的内业处理和存档管理。如文件名为 07160305.mob,表示测量时间为7月16 日，3号机第5个数据文件。此外，在野外测量中除采集变化边界的空间坐标外，还要采集权 属，土地利用类型等属性信息。因此在测量前应该对各属性进行统一编 码。编码原则应该与土地详查中的编码原则一致。4. 基准站的建设如果测区内有足够数量的 GPSM量控制点，将基准站设置在测区中 心位置。基准站周围要求无高大建筑物、树木等地物的遮挡，无强的电 磁干扰（如变电站、高压线等）。用三角架将GPS抗多路径效应的天线架 在已知点上，并将三角架的水平与垂直方向调平对准已知点。天线用专 用电缆与GPS

7、接收机相联。打开GPS接收机进行初始化，设置采样率 （大于或等于移动站 ） 和天线视角 （基准站一般为 10）等参数。一旦准 备工作完成，即可开始采样（对ProMark X-CM来说，选用dif+2模 式）。如果测区内没有任何测量控制点，则需从测区外的已知点引点建立 控制点 （引点时最好有两个点，其中一点用做检验 ）；如果测区面积大， 控制点太少，则需要进行加密。5. 变化图斑的识别与标识 土地利用变更调查只需调查土地利用属性发生变化的地块，测量它们的变化边界和登记变化属性。为了加速测量工作，在测量之前应该先 识别出变化地块的大致位置并标识在图上，供野外测量中使用。在本工 程中，通过遥感数据与

8、 1992 年的土地详查数据进行复合分析来发现变 化地块的空间分布。对于那些通过遥感手段不能发现的变化，可以根据 用地申报文档和现场询问的办法来识别。6. 利用移动站GPS接收机采集数据 根据土地变更调查的要求，需要采集两类数据：一是变化地块的地理坐标数据；二是属性数据如权属、利用类型等。测量前打开GPS接收机，锁定 4颗以上卫星，进入 Setup 菜单进行初始化，设置采样率和天 线视角。移动站和天线视角最好大于基准站的天线视角，一般来说，移 动站离基准站的距离每增加100 km,移动站的天线视角就增加1,这 样保证移动站的所有可见GPS卫星都包含在基准站的可见卫星中。当初 始化完成后即可开始

9、移动测量。GPSS收机可由人手持步行，或放在自 行车、摩托车、汽车等载体上。根据笔者的实验，当 GPS接收机放在时 速为 60 km 的汽车上进行测量时,对精度没有影响。在测量中,天线要 架在一个支撑杆上，举过人的头顶垂直移动天线，避免严重的地物遮 挡。如果发生这种情况，可能导致跟踪的卫星数目小于 4 个，不能进行 3 维定位。考虑到卫星在空间的几何分布等因素，要求测站必须观测 4 颗以上的卫星。否则应该将不能进行 3 维定位的数据从序列中剔除，以 免影响差分结果。每测一个地物，同时填写野外记录表。1. 线状地物。诸如水渠、道路等线状地物，在测量中应该将天线 放置在其中心线，移动测量，并记录下

10、该线状地物的属性信息，并输入 GPS接收机。2. 面状地物。在土地利用调查中，面积地物即地块是最重要的测 量对象。如果一个地块的部分发生了用地类型的变化，则需对变化边界 进行测量。从变化边界的起点开始，沿边界移动天线至终点。终止当前 文件的记录，形成一个封闭的多边形。3. 点状地物。如果有点状地物如界桩、控制点等需要测量，最好 采取静态差分的方法记录数据，这样能够达到厘 M级的精度。4. 属性数据。GPS最初设计是用来定位的，而不是用来采集 GIS 数据的。在GIS中，属性数据与地理坐标数据同样重要。就目前来看， GPS不具备属性数据采集功能，只能通过其他方式来采集。坐标的采集 和属性的采集没

11、有很好地集成到 GPS接收机上，它们之间的关联是通过 在GIS内部交互式编辑来完成的。不过，许多 GPS接收机生产厂家开始 改变这种现状。Trimble公司采取用一台便携式计算机与 GPSS收机相 连，通过 Geolink 软件来负责属性数据的采集。这种方法的不足在于属 性采集工具与GPS接收机集成差，增加了野外作业难度。在本工程中，根据土地利用变更调查的特点，启用 Promark X-CM接收机中，每开始 一个新文件名时，可以输入 72 个字符的文件描述信息。借此功能，我 们在开始移动采集数据前，输入地块变化边界的左右地块属性，通过这 种办法，在内业处理中可以识别测量地块的属性信息，通过交互

12、编辑赋 给图斑。7. 内业差分处理 内业差分处理的任务是根据基准站和移动站得到的观测量，按某种差分算法解算出移动测站在WGS 84坐标系下的坐标值。MSTAI是随 Promark X-CM型GPS接收机配备的差分后处理软件。MSTA提供四种差 分方法，位置差分、伪距静态差分、移动差分和厘 M级的载波相位差 分。本工程中利用移动差分功能对野外获取的土地利用变化数据，精度 为 2土 5 m。五、结论GPS技术给测绘技术带来一场革命，而且正在深入到各个应用领 域。将遥感、地理信息系统和全球定位系统技术运用于土地资源的动态 监测、变更调查和土地数据的管理工作中，可以改变我国土地管理的落 后状况。它与传

13、统方法比较，有以下明显优点：1. 不要求测站之间的通视，不受时间、气象条件限制，具有全天 候观测能力，仪器体积小，野外操作简便。2. 测量精度高。基于载波相位的静态差分方法和移动差分方法可 满足城镇地籍测量和农村土地利用调查的要求。3. 测量结果是统一在 WGS 84坐标系下的3维地理数据，彼此之间 相关性好，共享容易。4. GPS测量结果可以直接输入地理信息系统中，与其他数据进行 复合分析、制图。5. 由于信息自动接收、自动存储，内外业结合紧密，减少了传统 方法中繁琐的中间过程，提高了测量速度和成果的可靠性。从运用ProMark X-CM GPS接收机的移动差分技术来获取包头市郊 区县2 083 km的土地利用变化信息（相对于1992年）看，测量快速、准 确，得到了用户的认可。表2是移动差分技术与传统人工方法的比较。表2传统方法与移动差分GPS方法的比