【GPS技术在地籍测绘中的应用探究7800字（论文）】

GPS技术在地籍测绘中的应用研究摘要地籍是土地管理工作的基础，通过对目标土地进行勘查得到目标土地的信息，这一工作就是地籍测量。随着新技术、新方法的不断出现，目前的勘查器械和理论已经显得落后。GPS卫星定位技术测量误差小，不需要复杂的人工操作，在土地的测绘、确权方面具有广泛的应用前景。本文将对GPS-RTK在界址点测量中的运用进行论述。其目的，是为了介绍GPS定位测量系统组成、定位原理、定位技术的优点，以及RTK的技术原理、系统组成及作用、误差来源和作业流程，并利用RTK在地籍测量中进行界址点测量，对测量结果进行记录、绘图，最后存档。希望通过对界址点测量结果的精度分析，得出RTK的测量精度，并通过工程实例说明RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能。在理论上，旨在为RTK界址点测量的可行性进行论证，在实践上希望可以拓展RTK在测量领域的应用范围，增强使用RTK的实际操作能力，为以后承担更多的测量工作奠定了基础。关键词:地籍测量；界址点测量；GPS-RTK目录TOC\o"1-3"\h\u15088摘要 第一章引言GPS技术的迅速发展，给测绘工作带来了革命性变化，也对地籍测量工作，特别是地籍控制测量工作带来巨大的影响。地籍调查工作对国家土地管理和经济建设有着十分重要的作用，及时进行地籍控制测量，建立高精度的地籍控制是搞好地籍调查工作的基础。从经济建设迅速发展的迫切需要考虑，按常规测量方法来建立地籍控制，无论从速度和精度上，从花费的人力和财力上，还是从近期建设和长期发展需要考虑，都不能满足要求，而应用GPS技术、具有速度快、精度高、布点灵活、经费省等优点，是建立地籍平面控制网的最佳方法。随着多普勒定位技术的发展及子午卫星导航系统的问世，开创了海空导航的新时代，揭开了测绘领域大地控制的新篇章。从70年代到90年代中期，GPS静态定位已经逐步走向成熟，定位精度己经达到厘米级精度。这使得测绘领域的大地控制概念增添了新的内涵。随着时间的推移其必将取代传统的大地控制测量的方法。GPS技术不仅可以用于静态定位，还可以用于动态定位。目前GPSRTK定位主要采用伪距差分及载波相位差分的方法，而后一种方法的定位精度更高，一般可达到厘米级精度，因此其被广泛应用于测绘领域，但因其显示精度与实际精度存在一定的差距，因此，到目前为止在测绘领域GPS—RTK定位也仅限用于碎部测量等精度要求较低的方面，GPS—RTK技术具有快速定位的优点，其若能用于等级点的建立将可节省大量的人力、物力及财力。第二章GPSRTK技术地籍测量中的使用原理第二章GPSRTK技术地籍测量中的使用原理2.1地籍最开始出现的地籍就是为了征收土地和农田的税务而出现的一个手册。它不仅可以用来收取税务还可以保护有关土地财产的一切权利。同时也可以对土地进行合理的规划。它记录了土地的面积、质量和土地的税额。因此它成为了制定相关政策、编制经济计划、促进现代化建设的重要依据，反应土地状况的档案[1]。地籍是由国家建立管理的。将土地登记在册并对质量进行评定就是地籍的基本工作，基本工作做好对以后了解土地的状况、权属提供了便捷。在地籍工作过程中所获得地籍资料也就成为了国家地籍管理的重要依据[2]。之所以要进行地籍统一管理是为了解决土地在所属权中产生的纠纷。地籍需要了解土地质量、数量在空间时间上的变化，还要监督管理土地的权属变更，尽可能的反应当前土地的最新状况。这就需要我们建立完善的地籍管理制度。地块是地籍建立的基础。地块号也就是我们所说的宗地号，是由特殊的符号连接在一起的整体。这一个个符号就将地籍中的基本信息记录了下来。通常我们在记录地块的状态时还要将地块中包含的附着物一同记录在内[3]。现在，我国的土地使用者在使用土地时要依据法律支付一定的费用，这就有效地保护了土地的资源，使耕地得到了一定的保护，避免了一些工业占地破坏耕地环境。随着社会的发展现代地籍已经不仅仅局限于土地征税，它还可用于管理和规划土地成为了多目的地籍。2.2地籍调查地籍调查是为了弄清楚土地的质量、数量权属等一些基本情况，必须遵循国家法律进行调查，它是动态工作，按照不同的时间不同的任务，可分初始调查和变更调查，它服务于土地管理工作也参与税收房产管理等工作，随着时代的发展现代地籍也应满足大众的需求。地籍调查通常要遵循法律规定、实事求是、以及地籍管理等原则，它是一项非常系统的工程，需要合理的安排工程进度和人员分配。结合实地情况，确定调查的实施步骤[3]。地籍调查成果最终以面积量算表、地籍平面控制原始数据等。2.3GPS—RTK技术2.3.1GPS-RTK的系统组成及其定位有鉴于GPS误差控制实时性差，造成外业数据采集与内业解算出图相脱节，返工导致人力物力浪费、拖延施测进度的缺陷，GPS技术的发展又提出了载波相位的动态实时的差分技术，简记为RTK(RealTimeKinematic)。RTK本质上也是一种卫星定位技术，可用于距离等数据的采集。这种技术的优势在于能够在较短时间内(秒级)获取定位点的空间坐标，各个测量点之间不怕物体阻挡，其数据采集的误差一般可控制在cm等级，而且关键一点在于RTK测量方法能够在采集数据的同时获得定位精度，可随时校正测量误差是否符合规范，消除了返工的可能性。RTK定位测量方法在固定坐标处建立中心站，测量人员携带定位信号收发设备与中心站保持实时的联系，随时更新其所处点位的坐标信息[[32]。目前的实时定位测量方法，在建立合适的中心基站并确保其可靠性以后，施测人员只要携带定位收发设备(接收机较小巧，基本不影响野外行进)，在事先制定好的测量点将设备固定一段时间(在卫星信号较好条件下仅从设备收发定位信号的角度来讲2秒钟就足够了)，设置好定位参数，并将定位坐标数据进行记录或者直接发送存储到中心基站，中心基站会对传回的数据进行解算并回发坐标结果与定位精度信息。当误差符合测绘误差要求，就可以转移设备至下一个待测点。此方法的优点在于无线电的传输基本不受距离(比如1Skm以内)、地形地物阻挡的限制，对测量人员的数目要求最低，容易对测量的误差进行实时控制，大大缩减了测量工作对资源以及时间的耗费。RTK卫星实时定位测量方法依赖于GPS定位技术以及无线电传输技术及相应电子设备，通常包含以下组件:空间组件一定位卫星；坐标传输与解算组件一基站；外测设备组件一测点站。具备最基础功能的实时定位系统至少包含下列设备:(1)基站收发设备(含坐标换算、存储等软硬件)；(2)测点站收发设备(含定位软件系统)；(3)坐标传输通道，比如GPRS或者无线电等用于数据传送的软硬件体系.基站包含定位信号收发设备、定位信号解算与存储设备；测点站主要是定位信号收发机。RTK系统的数据流程如图2-1所示。图2-1GPS-RTK系统流程图2.3.2GPS-RTK在地籍测量中的技术要求为了保证GPS-RTK测量工作的正常进行，同时也为提高GPS-RTK测量的精度，GPS-RTK测量应满足以下测量技术要求f3-7.(1)GPS-RTK测量用于图根控制测量时，由一基准站迁到另一基准站后，应对一个以上的已知点进行检核。(2)流动站初始化成功后，应对部分已知点进行观测，确认无误后才进行RTK测量，同时在流动站工作结束之前，也应检测已知点，确保整个测量工作的数据可靠性。(3)GPS-RTK测量工作开始前应按规定对仪器进行检验，同时，要进行严格的卫星星历预报，当预报表超过7天时，应重新进行预报。根据实际情况，合理安排野外作业时间，同时应避免雷雨大风等恶劣天气。(4)流动站与基准站之间的距离一般不超过l0km，特殊情况可放宽至15km。流动站作业时，天线姿态要尽量保持垂直，距流动站l0m之内禁止使用手机、对讲机等通信设备。(5)GPS-RTK工作期间，基准站不允许有以下操作:改变仪器高度值、关机后又重新启动、改变测站名称及数据链通信模式、改变天线的位置、关闭或删除文件等。若基准站发生变动，应及时通知流动站，且流动站必须关机后再重新设置等操作，同时应检测至少一个已知点坐标。2.2.3RTK技术的优点（1）工作效率高在一般情况下，高质量的RTK站可以完成每个半径4km的测量范围，从而大大减少了常规测量所需的控制点数量和测量仪器数量。该移动台可以由一个人操作，工作强度低，工作速度快，工作效率提高。（2）定位精度高只要满足RTK的基本工作条件，RTK的高度和高度精度就可以在一定的工作半径（通常为4km）内达到厘米级。（3）全天候作业RTK测量不需要参考站和移动站之间的任何光学可见性，而仅需要“电磁波”的可见性。因此，与常规测量相比，RTK测量的影响较小，并且受可见度条件、可见度、气候和季节等因素的限制。在传统测量似乎很困难的区域，只要满足RTK的基本工作条件，RTK还可以执行快速，高精度的定位，从而使测量工作变得越来越容易。（4）数据处理能力强RTK可以对内部和外部工作执行各种测量。该移动站使用软件控制系统来自动实现多种测量和制图功能，而无需人工干预，以减少额外的测量工作和人为误差，并确保操作的准确性。第三章GPSRTK技术在地籍控制测量中的应用分析第三章GPSRTK技术在地籍控制测量中的应用分析3.1测区概述江阴镇，隶属于福建省福清市，地处东经120.2853°，北纬31.91996°南邻台湾海峡，管辖23个行政村，93个自然村。海岸线长65千米，是福建省9个海岛乡镇中第一大海岛。江阴地处太湖水网平原北端，长江南部冲积平原，全境地势平缓，平均海拔6米左右，西南边缘地势偏低，中部、东北部有零星低丘散布其间，地势较高亢。由于江阴镇地形较为平缓，各控制点通视状况良好，采用GPS技术进行布网和采集数据具有很大的优势。本次地籍测绘具有以下作用：（1）调查和制定政府行动的主要依据。履行政府责任是一项具有法律意义的行政和技术行为；（2）为土地使用提供了准确可靠的地理参考系统；（3）根据土地整合，开发和设计要求进行相关地籍调查。3.2工作流程此次地籍控制测量工作主要包括：对测区进行踏勘，收集测区内已有的资料数据，控制测量方案设计、控制网的布设、采用GPS技术进行外业数据获取及数据处理等内容，并分析解算结果是否符合相应的精度要求。3.2.1GPS网的布设依据测区地质地貌选取首级控制网等级，主要标准如表1所示。平面、高程、时间基准的选择表1首级控制网布网标准测绘区域面积（km²）首级控制网加密控制网布设形式等级布设形式等级小于60GPSE级（一级）GPS或导线一、二级大于等于60GPSD级GPS或导线E级或一、二级根据江阴镇测区范围大小，此次任务主要采用三维空间大地E级GPS控制网布网原则，控制网的精度要求如表2所示。表2E级控制网精度要求无约束平差基线向量改正数约束、无约束平差同名基线向量改正数较差点位中误差（mm）边长相对中误差（1/万）（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）最大允许最大允许最大允许最大允许最大允许15.9256.018.0210.017.0282.022.2214.019.0136.02.48.825.3112.029.0132.012.8101.021.486.072.5118.02.22.2平面系统：E级GPS网采用2000国家大地坐标系，任意分带，中央子午线仍沿用各县区已有控制网的数值。高程基准：采用1985国家高程基准。时间基准：GPS测量采用世界协调时（UTC时间）。3.2.2GPS外业数据采集此次外业数据获取的方法采用的是GPS快速静态作业法。使用的仪器设备为中海达静态GPS接收机，在进行GPS网观测时，相关设置及观测要求如表所示。表3静态观测各方面要求等级卫星截止高度角通视观测有效卫星数有效观测卫星总数时段长度（min）采用间隔（s）PDOP观测时段数E级15°≥4≥4≥12015≤6≥1.6观测时具体要求：在外业进行观测时，要考虑到卫星信号的跟踪情况、测站点的周围环境、控制网的基线长度等因素，根据以上因素可适当延长观测时间。观测过程中，测量人员在设置好仪器后，尽可能远离GPS接收机，也不要再周围玩手机等一些电子设备，与其他工作人员联系时，要远离接收机10米处；如果遇到雷雨天气，要立即停止观测工作，关闭仪器后将仪器收好。精准测量并记录下接收机天线的高度。数据采集前后应各测一次，前后两次测得的高度差值不得大于3毫米，否则应重新架设仪器，规定两次测量的平均值作为天线高度。在GPS进行工作后，工作人员应记录下：点名、点号、观测仪器的编号、、天气、观测者、记录者、天线高等等，若观测过程中有特殊情况发生，应记录在备注栏中。特别强调所有的原始数据不能够涂改。3.2.3基线解算及网平差的精度要求D、E级GPS控制网：（1）相邻间基线长度的精度表示：式中：——标准差（基线向量的弦长中误差mm）——固定误差（新布设GPS网采用仪器标称精度）——比例误差系数（新布设GPS网采用仪器标称精度）——相邻点间距离（km）（2）同步环闭合差为：、、、（3）独立闭合环或者闭合路线坐标闭合差要满足：、、、式中：n为闭合环边数（4）复测基线的长度较差应满足：（5）E级GPS网无约束平差后各基线分量的改正数绝对值均应满足：、、（6）E级GPS网约束平差后基线向量的改正数与无约束平差结果的同一基线相应改正数较差的绝对值均应满足：、、3.2.4数据处理（1）新建项目数据处理软件可以采用南方测绘Gnss数据处理软件，在处理数据前，首先要建立一个新项目，如图1所示。填写好项目名称，将项目单位、施工单位、观测员、计算员、项目负责人等一些相关人员进行设置，此项目控制网的等级为E级，处理数据时要遵守相关的GPS测量规范。对坐标系进行设置，根据E等级的GPS网设置坐标系为2000国家大地坐标系。地图投影选择高斯3°带投影，中央子午线输入为120°同时对新建立的坐标系命名为江阴镇坐标系，如图2所示。图1新建项目图2建立新坐标系（2）导入观测数据将从现场收集的数据传输到计算机，将来自具有不同里程的多个工作集中的数据组合在一起，检查数据并每次检查收集的数据，以避免遗漏影响未来配置文件的点。同时，通过错误的操作清除溢出数据和现场采集的数据，并在不能满足计算要求的区域进行额外的测量。将处进行过预处理的观测数据全部放到一个文件夹里，便于数据的导入。导入后仔细按照数据观测记录表，录入天线高，设置天线的量测方式。图3增加观测数据（3）网图显示图4控制网显示成图数据导入后形成的网型如图。网布设采用了边连式，所以网型布设也视情况而来。（4）数据预处理静态基线处理参数设置：图5基线解算参数设置静态基线处理设置主要包括高度截止角、历元间隔、相差容忍系数、最小历元数、最大历元数。其中数据采样间隔和卫星的高度截止角的设置要与GPS接收机设置的一致。基线解算的过程时间较长，如果有其他因素影响，可以先停止解算。当基线解算结束后，网图如下图，颜色已由原来的绿色变成红色或灰色。红色代表基线已解算完成，灰色基线代表解算方差比较低，可以进行重解。如图6所示。图6基线解算结束当采样的时间间隔确定时，如果基线同步观测时间较短时，可以适当减少历元间隔，这样参与解算的观测数据便会更多；如果对基线同步观测时间较长时，可以适当增加历元间隔，这样参与解算的观测数据便会减少。如果更改历元间隔来解算基线时，还是出现不合格的基线，这时可以适当调整高度截止角。当高度截止角偏低时，参与解算的卫星数目多，但低空卫星数据通讯容易被外界干扰，观测得到的数据质量较差；当高度截止角较高时，参与解算的卫星数目少，但高空卫星数据通讯不容易被外界干扰，观测得到的数据质量较好。如果上述的方法都无法使基线解算合格，则可以考虑将无效历元剔除。如图7所示。图7测站点GPS对卫星的信号跟踪情况从上图，可以看出005#号点历元中有很多不连续的地方，图中红线表示接收机对卫星信号的跟踪情况，红线断断续续说明当时采集数据时出现信号失锁，即属于无效历元，可以选择删除。剔除无效历元后，如图8所示.图8剔除无效历元后的卫星信号跟踪图如果所有的矫正方法都使用后，还是存在不合格的基线或者是超限的闭合环（或异步环），可以选择在进行网平差时，将其禁用。使其不参与网平差处理。最终处理完成的网形图如图9所示。图9GPS基线处理最终图3.2.5GPS网平差（1）导入已知点：网平差工作基本步骤是前期工作，及平差前，输入已知点的经纬度、坐标（平面和高程）；然后进行网平差，由软件自动完成；最后对处理结果进行分析。选取精度较高的已知点对进行三维约束平差，录入已知点坐标。首先导入外业静态观测数据，对每个数据文件分别输入点名和仪器高度，然后对所有基线进行处理。软件对基线处理完后在计算区对话框里显示基线的精度，若有不合格的则显示出不合格基线的条数，在主界面的网图里，算合的基线显示为黑色，不合的基线显示为灰色。在主界面的列表区，显示所有基线的观测时间、长度、精度等信息，若有不合的基线则在前面显示红色的叹号，Ratio值小于3，整数解误差过大达到厘米级或更大，是基线不合的主要原因。（2）网平差处理：在进行网平差之前，对网图的连通性进行检查，保证网图完全连通后再进行网平差，如果网图没有连通就开始进行网平差，将出现网平差无法收敛的情况，对于网图没有连通，要逐步检查，先检查网图是否被分割成几部分，是否有孤立的测站点或基线，若有则必须删除孤点或分块进行平差。再检查是否有关键基线没有解算成功或被禁止参与网平差，若有则必须进行重新处理，甚至重测。再次，检查网图中是否有相同的测站而用了不同的测站名，在网图上的反应就是统一测站点上在非常接近的位置有另一个测站点，这两点由于是同一点在不同时段观测的，故他们之间不构成任何基线，使网图不连续，解决方法是在观测数据属性中将错误的站名修改正确。选取对应点坐标，右键进行添加坐标，因为控制点已知是网格坐标，所以在坐标类型处选取网格，输入坐标后把质量调为控制质量（3）输出平差结果报告（部分）：等级控制网平差计算完成后，应进行控制网精度评定、统计计算，精度统计包括以下内容:①控制网中同级相邻点间最小、最大距离如表4.4，满足一级网最小距离大于150米，最大距离小于1200米的要求。②最弱边相对中误差满足最弱边相对中误差小于1:20000的要求③最大非同步观测基线向量边独立闭合环或附合路线边数，满足小于10条的要求。④独立基线构成的独立环坐标分量闭合差和全长闭合差及限差满足限差的要求。⑤基线边长中误差，满足平均边长中误差小于0.014的要求。结论结论地籍是政府进行决策和规划的重要依据资料，经济的快速发展也需要建立完善的现代地籍资料。现代地籍测量是获取现代地籍资料的必要手段，GPS技术在现代地籍测量中的应用