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GPS在地籍测量中的应用分析.docx

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GPS 测量 中的 应用 分析
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目: GPS 在地籍测量中的应用分析 资源工程学院龙岩学院毕业论文开题报告2014 年 月 日论文(设计)题目:GPS 在地籍测量中的应用分析姓名 阮信亮 年级 2011 级 所在院系 资源工程学院专业 测绘工程 指导教师 张高兴开展本课题的意义:科技的高速发展,测量技术的不断革新,使测量工作愈来愈趋向自动化,高效化。GPS 技术就是高速发展的科技下的产物,其有的全天候、局限小、精度高、不用通视和受环境影响小等特点,使地籍测量发生了翻天覆地的影响。地籍测量从以前传统中的测距仪、皮尺到全站仪再到现在的 GPS,技术的不断进步使地籍测量精度不断提高,节省了人力物力资金,大幅提高了工作的效率。工作内容:1.简述 GPS 技术及其发展2.简述地籍测量的发展和要求3.GPS 与其它地籍测量技术的对比4.RTK 的发展及应用5.总结总体安排及进度:2015 年 1 月 19 日-2015 年 1 月 25 日 收集整理资料,确定论文题目,完成开题报告2015 年 1 月 26 日-2015 年 2 月 01 日 撰写论文提纲,完成论文初稿2015 年 2 月 02 日-2015 年 3 月 08 日 修改论文2015 年 3 月 09 日-2015 年 3 月 15 日 补充资料,修改完善论文2015 年 3 月 16 日-2015 年 3 月 22 日 修改论文并完成论文终稿,论文答辩课题预期达到的效果:本文从简述地籍测量的一些相关概念和 GPS 技术的一些基本知识,到 GPS 的技术特点、使用情况和精度对比分析,最后用实际例子介绍了 GPS 在地籍测量中的运用。以此达到课题所阐述的 GPS在地籍测量中的应用分析探讨。指导教师意见:签名:GPS 在地籍测量中的应用分析【摘要】:地籍测量是具有法律性的测量,具有精度高、实时性、测量人员要求高等特点。随着科学的不断发展,测绘技术不断进步,越来越趋于科学化和自动化。GPS 有着精度高、全天 24 小时工作、不需要通视等特点,有效的避免了传统测量的局限性,更显灵活,因此能在地籍测量上得到广泛的利用。本文从简述地籍测量的一些相关概念和 GPS 技术的一些基本知识,到 GPS 的技术特点、使用情况和精度对比分析,最后用实际例子介绍了 GPS 在地籍测量中的运用。以此达到课题所阐述的 GPS 在地籍测量中的应用分析探讨。【关键词】:GPS;地籍测量;控制测量;碎部测量;应用目录1 引言 ....................................................................................12 地籍测量相关概念 ........................................................................12.1 地籍测量简介 .........................................................................12.2 地籍测量的内容 .......................................................................12.3 地籍控制测量和界址点的精度 ...........................................................12.4 现代技术在地籍测绘中的应用 ...........................................................23 GPS技术介绍 .............................................................................23.1 GPS 原理 .............................................................................23.2 GPS 测量精度 .........................................................................33.3 GPS 的优势 ...........................................................................33.4 GPS-RTK 技术 .........................................................................44 GPS在地籍测量中的应用 ...................................................................44.1 GPS 在地籍控制测量中的应用 ...........................................................44.2 GPS 在地籍碎部测量中的应用 ...........................................................84.3 GPS 在土地勘测定界中的应用 ...........................................................94.4 GPS 在土地利用变更调查和动态监测中的应用 .............................................94.5 GPS 应用的结果分析 ...................................................................95 结束语 ..................................................................................9致谢 .....................................................................................10参考文献 .................................................................................1111 引言GPS 技术是测量行业的一种先进手段,不但能够全天 24 小时作业且误差低、高智能化、环境适应能力强,其应用范围不断增多,对国民经济建设、国防建设和社会发展等领域都起着巨大的积极作用,并开始逐步深入人们的日常生活。当前,伴着经济社会的高速发展,土地需求不断增加,而土地资源相对匮乏的矛盾也愈演愈烈,这不得不促使人们对地籍测量的高度重视。传统的地籍测量是通过野外数据采集后,再经过繁琐的内业处理,工作量庞大。由于技术水平的限制,工作效率低,对于劳动力和资金是一种很大的浪费。GPS 技术的兴起,大大改变了地籍传统测量的工作方式,作为高新技术,其极大地减少了人力、物力和资金的投入。在地籍测量中,GPS 技术相比其他的现代测量技术,如全站仪、遥感技术、现代化摄影测量技术等,有着明显的优势。本文主要对 GPS RTK 在地籍测量上的应用进行试析。2 地籍测量相关概念2.1地籍测量简介以取得地籍信息为目标的测绘工作叫做地籍测绘,它是为了测定土地及其附属物的类型、所有权和尺寸等信息,并把这些信息正确的绘制在图纸上和特定的表册中的测绘工作。为国家的经济发展建设提供重要的保障。地籍测绘的成果除了地籍图,还包括地籍册和各种数据集。地籍测量的测量结果是具有法律效应的,这就要求其需要很高的严谨性和准确性。地籍测量是保护和合理利用土地和处理土地相关权益的保障,对城市的规划、土地的分配使用、国家的经济发展和相关决策的制定起着不可替代的作用。努力提高地籍测量人员的专业技能和地籍测量的技术水平,加强各种现代测绘技术在地籍测量中应用,对国家经济建设的发展有着重要作用。2.2地籍测量的内容地籍测量的具体内容分为地籍的控制测量、地籍的碎部测量和绘制地籍图以及计算各种地块和宗地的面积、土地利用的动态检测等。对于其中的地籍控制测量而言,是在限定好的区域内,布设相关等级的控制网,实现对各个控制点坐标的测量与计算。其中地籍的碎部测量主要针对控制网内部开展的,以控制点为根据,测量和计算各种地籍界线、界址点和地籍要素及其附属物的位置,并在图纸上根据一定的比例尺进行绘制的工作。 在测量中地籍图选择的比例尺根据所测地区范围的经济繁荣程度和该地区地籍要求的密集程度而决定。在我国城镇地区一般采用 1:500、1:1000、1:2000 的大比例尺,其中基本比例尺为 1∶1000,在繁华程度较高的城镇中心地区应采用 1:500。在农村地区一般采用 1:5000、1:10000、1:25000、1:50000 的小比例尺,其中基本比例尺为 1:10000。2.3地籍控制测量和界址点的精度地籍测量的数据结果是土地权属判定的根据,是具有法律效应的。其测量宗地的边界和面积、权属界限等必须准确,因而其测量的精度要求必须足够高,特别在繁华地段的大比例尺地籍图绘制时,精度要求俞高。现行《地籍测绘规范》规定:地籍平面控制点相对于起算点的点位中误差不超过±5 厘米 [1]。界址点的精度要求如下表 2-1.表 2-1 界址点精度要求界址点相对于邻近控制点点位误差和相邻界址点间的间距误差限制界址点的等级限差(m) 中误差(m)一 ±0.10 ±0.05二 ±0.20 ±0.10三 ±0.30 ±0.1522.4现代技术在地籍测绘中的应用(1)全站仪的应用。全站仪是一种能够测量距离、测量角度和现代计算机技术结合的新型自动化的测量仪器。只要简单的摆置,然后在智能显示屏幕上进行操作,它就能按照要求自动地进行观测并把收集的数据进行处理,从而得到我们需要的数据,这些数据会自动记录、存储和输出。全站仪的出现减少了人工作业的步骤,减少了人为误差的来源,使测绘更加快捷准确,节省了人力物力和资金。由于全站仪在测量过程中存在需要通视、测量耗时长等缺点,造成了其在地籍测量中应用的局限性,所以 GPS 在现代地籍测量中多方面取代了全站仪。但是目前 GPS 还存在局限性,使全站仪在地籍测量中还是不可或缺。(2)遥感的应用。利用卫星遥感技术获得遥感影像,根据不同地物的反射光谱不同,来获得地面信息。由于卫星能实时且频繁的拍摄得到遥感影像,在地籍测量中对土地的动态变更测量有着很大的作用。有着观测范围大、实时且空间详细程度高等优点,但是存在处理遥感影像获得的界址线不清晰不准确,工作效率相对较低等不足,使其在地籍测量中不能广泛的应用。现代化技术还包括摄影测量技术的应用,以及本文所说的 GPS 应用等。3 GPS技术介绍3.1 GPS原理图 3-1 GPS 原理GPS 的定位原理是空间距离交会,即卫星到测站的距离交会出测站的坐标。要得到测站坐标的 3 个未知数,就需要 3 颗卫星的瞬时位置和各自到接收机的距离组成 3 个交会方程,但是由于 GPS 卫星的时间和 GPS 接收机的时间不同步,存在钟差,所以至少要联立 4 个方程求解,即得同步观测到至少 4 颗GPS 卫星。利用 4 颗卫星的信号从发出到 GPS 接收机接受到的时间差乘以无线电传播的速度,从而得到卫星到测站的距离,从而建立四个方程。根据测量时的工作状态,则又分为静态定位和动态定位。 静态定位。就是利用 GPS 对未知测站点定位时,GPS 接收机在整个过程所处的状态是不动的。测量过程中,在多个测站点上安置 GPS 接收机,在测站上同步观测几分钟到几个小时,时间越长精度相对越高。由于 GPS 卫星是不断在运动的,在观测过程的时间内会不断的交会出测站点的坐标,以此提高精度。而多台接收机同步观测则可以联立进行平差处理,从而得到高精度的坐标数据。在地籍控制测量中,为了提高测量精度,一般采用静态定位的模式。动态定位。就是利用 GPS 对未知测站点定位时,GPS 接收机在整个过程所处的状态是变化的。GPS接收机进行流动观测,要求卫星信号连续,在信号良好的情况下,不足几秒就能完成和基准站的差分处S1S1 S2接收机S3 S43理,从而快速实时的得到采样点的空间坐标。本文的地籍的碎部点测量就是采用 GPS 动态定位中的实时动态定位技术。3.2 GPS测量精度 GPS 只有达到相应的地籍测量精度的要求,才能被运用于该测量中。GPS 技术运用于地籍控制测量时,由于控制点精度要求较高,所以采取的是 GPS 静态测量。由于静态观测时间通常在 1 个小时以上,保证能够获得较多的数据,而准确的确定整周未知数,其精度可达到 10-6~10 -7,所以完全可以满足地籍控制测量的精度要求。GPS 技术运用于地籍碎部测量时,由于碎部测量的精度要求相对较低,所以采取的是 GPS 实时动态测量(RTK )。其通过基准站的改正信息平差后,精度可达到 1~2cm。而一级界址点相对于邻近控制点点位误差和相邻界址点间的间距误差为±10cm,所以完全可以满足地籍碎部测量的精度要求。3.3 GPS的优势(1)全球全天候定位科学的不断进步,使 GPS 卫星数量足够多,而且全球能够得到均匀覆盖,保证了 GPS 在测量过程中能够同步观测的卫星数量,使 GPS 技术无论在何时何地都可以应用于地籍测量。因为全天候的特性,GPS 可以避开干扰大的时段,从而选择合适的时间进行地籍测量。而全球性的特性则可以保证 GPS 无死角而更广泛的在地籍测量中应用。(2)定位精度高精度是测量的前提,只有精度达到要求,测量得到的数据才有意义。而实践已经证明,GPS 技术能达到地籍测量的要求。随着 GPS 技术的精度的提高,GPS 在测量中的应用越来越广泛。(3)观测时间短人力物力时间的消耗,这是测量行业不得不慎重考虑的问题。相对于传统测量技术,GPS 技术在测量时间方面有着显著的优势。现今,随着 GPS 技术的不断完善,仪器的不断更新,GPS 的观测用时得到明显的缩减。其中,快速静态定位距离小于 20km 时,只需 5-20 分钟;而采取常规差分 GPS、广域差分GPS、实时动态 RTK 时,都只需要 1~2s,可以实时的得到需要的数据。因而使用 GPS 技术应用于地籍测量,可以大大提高作业效率。(4)测站间无需通视在地籍测量中,随着人为干扰的增加,地籍要素的增加,传统的测量技术因为要求通视增加了很多不必要观测,造成人力物力和时间的浪费。GPS 技术应用于测量时不需要测站之间互相通视,只要求测站上空开阔,能同时接收到至少 4 颗的卫星信号,就能获得高质量的测量数据。GPS 技术的运用省去了传算点、过渡点等多余的观测,大大减少了测量时所需要的资金和时间,在选点时局限变得很小。但是由于 GPS 测量中要求卫星信号良好,这就导致在地籍测量中,当测站处附近有高楼时,不能高精度的完成测量工作。(5)仪器操作简便愈来愈自动化和智能化,这是测量技术的发展趋势。传统测量中仪器操作复杂,测量人员专业要求高,而 GPS 技术自动化程度高且操作简单。利用 GPS 技术在工作中,只需要进行简单的操作,如安置和开关仪器,量取天线高等。而其它复杂的工作,由仪器自动完成。科技的发展,不仅使测量仪器的功能更加先进,而且更加的小型轻便,从而减少了工作强度,增加了工作效率。 43.4 GPS-RTK技术图 3-2 RTK 原理RTK(Real - time kinematic)是实时动态差分法。如图 3-2 所示,RTK 在测量时需要利用两台接收机,一个当基准站,另一个当移动站,基准站是不动的,一般都摆设在已知点上,而移动站是用来流动测量未知点的坐标。在观测时,GPS 信号从卫星分别同步传送到移动站和基准站。实际上由于受大气温度、密度等因素的影响,会导致电磁波在空气中传播速度会受到干扰,而比真空中的传播速度要慢些,所以产生了很多误差。因为温度和大气压强都是实时变化的,所以这些误差无法精确测定,因此实际上基准站和移动站的实际准确位置都无法测定。但是由于卫星离地球的距离相对于基准站和移动站之间的距离是非常大的,所以可以认为信号从卫星传到基准站跟从卫星传到移动站的路径是一样的,即认为误差是一样的。基准站通过观测计算得到的坐标和该点的已知坐标进行对比,从而得到改正信息,然后将改正数和其观测值差分处理,从而使移动站得到该测站点的高精度坐标。RTK 的特点有:(1)优点:a.采用 RTK 技术进行测量时,不要求通视,便可直接进行测量,且快速得到数据。b.测量简易,一个人就可完成全程测量工作。c.地籍测量时,不需要定向,只需要连接相关网络和蓝牙就可直接采集数据,节约大量人力物力。d.所测的位置可以很直观的在屏幕上显示。e.全天候作业(2)缺点:a.受天气,信号影响大,尤其是在阴雨天气、云层较厚的时候,接受的信号收到影响。b.在有手机、汽车或者其他信号干扰的时候也会受到影响c.地籍要素中存在人工湖等平静的水面以及有玻璃等反射物时会引起多路进效应,影响接收信号。d.地籍测量中,信号容易被高层建筑物、树木等障碍物遮挡,使其在使用的过程中受到约束。4 GPS在地籍测量中的应用4.1 GPS在地籍控制测量中的应用 在地籍测量中,为了提高测量数据的质量,避免只由几个控制点而测量太大的范围,需要建立一个覆盖全区的控制网。因为过渡点的增加会造成多余观测的增加,使误差形成累积,从而使整体的测量结果精度下降。地籍控制网看作是整个国家大地控制网的进一步加密和延续,也属于国家大地控制网的一部分,因此针对地籍控制网点的布设,必须遵循从整体到局部、从高级到低级分级控制(或越级布网)的原则 [2]。地籍控制网的布设是为满足地籍控制测量的需要,根据《地籍测量规范》要求,地籍控制测量采用在国家或城市一、二、三、四等控制网下加密插入点或插入网形式,建立一、二、三级地籍控制点。表4-1 地籍控制点的密度要求5等级 控制点的平均边长(m)一级 500~400二级 400~200三级 200~100当布置于城市范围内时,应该建立三级地籍控制点。但是房屋和地籍要素比较集中和复杂的地方,有时需要在三级控制网的基础上再增设适量的控制点。当布置于城镇周围或建筑物稀疏区时,应该建立二级地籍控制点。当布置于郊区和农村地区时,应该布设一级控制点。下面介绍的是利用GPS静态模式建立地籍控制网。该测区位于郊区,根据四等GPS控制点建立一级地籍控制网,网型边长应控制在400~500m。GPS接收机上相关参数如下表4-1。如下图4-1所示为该地籍控制网网型,其中K1、K2、K3为已知的四等GPS控制点,其余四个为未知点。我们利用三台接收机同一时刻放置在三个控制点,构成一个三角形,利用通讯工具使每台接收机同时开始收集数据,每次收集数据为一个小时左右。我们设计了七个三角形网,即K2K3K7、K2K7K4、K3K7K5、K7K5K4、K4K5K6、K1K7K4、K1K6K4,按照理论情况我们只需收集7个小时左右,但实际由于信号和人为干扰我们多耗费了三个小时。收集好数据后,我们把七个时段收集到的数据进行编号2571-2577,然后再导进中海达平差软件进行平差处理。在处理的过程中把各接收机的天线高予以输入,最后输出平差报告,得到坐标。表 4-1 GPS 接收机相关参数项目 观测方法 二等 三等 四等 一级 二级卫星高度角(°) 静态 ≥15 ≥15 ≥15 ≥15 ≥15有效观测卫星数 静态 ≥4 ≥4 ≥4 ≥4 ≥4平均重复设站数 静态 ≥2 ≥2 ≥1.6 ≥1.6 ≥1.6时段长度(min) 静态 ≥90 ≥60 ≥45 ≥45 ≥45数据采样间隔(s) 静态 10-60 10-60 10-60 10-60 10-60图 4-1 地籍控制网网型图 4-2 为 K1 上 GPS 接收机收集数据时接收的卫星图,其中连续实线表示信号良好,断点、虚线表示时刻卫星信号较差,进行截取处理,使得到卫星信号良好的数据。6图 4-2 K1 点卫星图图 4-3 各基线处理结果如图 4-3 的基线处理结果,当各个基线都为 时,表示各误差没有超限。最后输出以下平差报告。其中闭合环最大节点数: 3,闭合环总数:40,同步环总数:7,异步环总数:33,超限闭合环数:0, 闭合差最大值:0.0409,闭合差最小值:0.0026,相对闭合差最大值:37.22ppm,相对闭合差最小值:2.07ppm。
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