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试析GPSRTK在地籍测量中的应用.doc

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试析 GPSRTK 测量 中的 应用
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目: 试析 GPS RTK 在地籍测量中的应用 资源工程学院1试析 GPS RTK 在地籍测量中的应用【摘要】现代社会科技发展是迅速的,而 GPS RTK 技术的发展也是如此,在发展的过程中,人们对GPS RTK 技术的认识也是越来越多,从而对它的使用也越来越广泛,比如在测量中,测量人员对其青睐越来越明显。而本文则介绍了 GPS RTK 技术的一些基本知识、技术特点和使用的情况、介绍了地籍测量的一些相关知识、介绍了 GPS RTK 在地籍测量中的相关应用,同时也用实际例子介绍了 GPS RTK 在地籍测量中的运用,阐述了其误差来源和精度分析。【关键词】GPS RTK;地籍测量;应用;实际例子;误差;精度1.绪论1.1 引言GPS RTK技术是现代社会最先进的测量技术,它以其精准、便捷和快速的数据处理能力等优点, 被广泛应用于土地资源管理、道路设计等各个领域。随着科学技术的迅速发展,卫星定位系统技术的民用化,推动了 GPS RTK技术在道路测量中的应用。在现代社会中,该技术主要应用于以下几个方面:RTK 技术绝大部分用于碎部测量,道路断面测量,而 GPS则2被广泛地用于控制测量等。如今经济快速发展,各地开发越来越快,GPS RTK技术应用领域也扩大了 [1] 。本文主要对 GPS RTK在地籍测量上的应用进行试析。1.2论文研究的背景随着社会科技的发展,最近几年当中,RTK 技术也有了其快速发展的一面,并且也对传统的地籍测量产生了很大的影响,其影响可以总结为:将数人才能完成的地籍图测量完全变成了“个人行为” 。RTK 技术装置只需要一个人就能操作使用,并且在点与点之间无法通视的情况下也能够准确地测出地籍图。让人更不可思议的是,不用布设各级控制点,只要有一定数量的基准点就可以快速地测定宗出地界址点、地物(地形)点等的坐标,而且测定一个待定点坐标仅需若干秒便可准确地完成。1.3 GPS 与 RTK 技术 1.3.1 GPS 系统GPS它是利用近地轨道卫星的精密测时和测距给人们进行精确导航的。目前,GPS 被世界上公认为技术最成熟、设备最完善的卫星定位系统与导航系统。这一优点也经过很多年我国广大使用过的客户证明,GPS 着实以全天候、精度高、自动化、操作简便,高效率等显著优点, 赢得广大测绘工作者的信赖,并且为测绘领域带来了一场深刻的技术革命 [2] 。1.3.2 GPS 概述3从 1978年发射的第一颗 GPS实验卫星到现在,人们已经利用该系统进行了很多的导航及定位研究,其主要特点如下:(1)功能丰富,用途广泛GPS系统不但能够用于测量,导航,还能够用于测时及授时。(2)定位精度高GPS技术为各类用户提供导航信息的精度如下表。随着 GPS技术的不断发展和不断的提高,在未来,其定位的准确性也将得到质的飞跃。表 1-1 GPS技术的精度所应用的测距码 P码 C∕A 码单点定位∕m 5--10 20--40差分定位∕m 1 3--5测速∕(m∕s) 0.1 0.3测时∕ns 100 500(3)实时定位 采用全球定位技术进行导航定位,即可确定运动目标的平面位置和高程。这样,不但可实时确定运动载体的具体位置,亦可帮助人们出行时选择最佳航线。而且为一些军事上动态目标的导航,有重要作用。1.3.3 RTK 技术RTK技术: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[3] 。图 1-2 GPS仪器1.3.4 GPS RTK 定位原理GPS RTK有静态测量和动态测量的方法。其中静态测量方法:在现场记录观测数据,然后再进行内业处理,从而可以得到测点的坐标。动态测量方法:在现场记录观测数据,利用 GPS载波相位差分技术实时得到测点的坐标。从这俩种方法可以看出,在实时定位方面,动态测量方法比静态测量方法要更加优越。为了简化工作程序,能实时的测出数据,在实际测量中,我们都是用动态测量的,其在施工现场也得到了成功的运用,并且其测量精度也是很高的 [4]。根据载波相位差分技术,GPS RTK能实时得到测点的坐标。而它采用的差分方法则是GPS差分方法中的相位差分方法,它是由基准站发送改正数,在流动站接收以后,对其观4测的结果进行改正,从而可以得到高精度的定位结果 [5]。GPS RTK的出现极大地提高了测量外业作业的效率,所以他很受测绘人员的喜欢。其工作原理如图所示:基准站观测数据基准站接收机 无线通讯设备 无线通讯设备 流动站接收机实时解算两站间的基线实时解算流动站的 WGS-84 坐标转换为当地基准坐标(我国为国家大地坐标系C80 或是北京坐标系 P54)图 1-3 GPS-RTK工作原理理图基准站观测信号基准站坐标GPS 信号基准站观测数据基准站接收机 无线通讯设备 无线通讯设备 流动站接收机实时解算两站间的基线实时解算流动站的 坐标转换为当地基准坐标流动站观测信号转换为当地基准坐标2.地籍控制测量2.1 地籍控制网的布网原则2.1.1 地籍控制网的基本要求地籍控制测量是测量工作中非常重要的一部分,为了进行地籍控制测量工作,为了满足日常地籍测量工作的需求,在地籍控制测量中需要布设地籍控制网,其布设的基本要求有三点:第一、在精度上要满足测定界址点坐标精度的要求;第二、在密度上要满足辖区内地籍控制测量的要求;第三、在点位埋设上要顾及日常地籍管理的需要 [6]。2.1.2 首 级 控 制 网 的 布 设在布设首级地籍控制网时,我们要尽可能的覆盖好中长期的城市规划区域。所以,我们在首级地籍控制网的选择中,要优先选择用 GPS网的形式来布设。在遇到特殊情况时,我们也可以使用导线网、边角网、三角网等方法来进行布设。52.1.3 加 密 控 制 网 的 布 设在布设加密控制网时,我们会碰到很多的情况。比如,所要布设的区域范围较大,并且按照规范要求必须一次性整体布设控制网时,我们宜采用 GPS网来进行布设。在布设控制网的过程中,导线最好布设成直伸的形状,倘若复合导线长度超过《城镇地籍调查规程》规定时,则应布设成结点网,而且结点与结点、结点与高级点之间的导线长度不能超过复合导线长度的 0.7倍 [7]。2.1.4 地 籍 图 根 控 制 网 的 布 设地籍图根导线布设的有着特殊的规范要求。2.2 地 籍 控 制 网 的 形 式 及 其 选 择地籍控制网的布设形式有三角网、三边网、导线网和边角混合网。当然,地籍控制网的布设形式也是分情况来决定。在城镇区域由于建筑物的密集程度大和高度高都很有可能对观测结果造成影响,所以应采用导线网布设地籍控制网。相反我们可以使用地籍图根控制网进行布设。但是,不管布设成哪种形式的网形结构,我们都应该注意下述几点:⑴GPS 网应以每个点至少独立设站观测两次的原则来布网。⑵在 GPS网中,GPS 网不应存在自由基线。⑶在 GPS网中,GPS 网中的闭合条件中基线数不可过多。⑷GPS 点应选择在综合条件比较好的地方。3.GPS RTK 在地籍测量中的应用3.1 基准站观测点位的选择和设置3.1.1 点位的选择我们应该把基准站安置在一个视野开阔、无遮挡的点上,比如在楼顶上,这样就能看到周围的沿地平线的高度角不小于 15°以上的全部天空,而且还能满足 GPS在选点上的要求,从而确保 RTK在工作时候能接收到足够的卫星的数目。倘若在测区范围内存在高等级的控制点,如碰到国家 A级网点、国家 B级网点、GPS永久性跟踪站和 GPS地壳形变监测点,在这个时候,我们要优先考虑将其作为基准站来使用 [8] 。3.1.2 基准站的设置在确保各个部件连接准确无误的情况下,按一下接收机的电源开关键,然后接通电源,点击键盘上的按钮并打开掌上电脑,并且对接收机做相关的设置。同时,我们在进行流动站测量之前,要记得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) ,因为天线高的中心位置必须得依靠基准站的坐标和天线高来确定。3.1.3 基准站运行时的要求①在基准站正常运行的时候,我们可以关闭基准站的手持控制器来节省其点量。②为了对仪器性能稳定性的保护以及不对仪器本身造成伤害,我们要尽量避免仪器长时间的暴晒,还有防止被雨水淋湿。6③在仪器运行正常的情况下,以防仪器受到破坏,测量工作人员不能远离仪器,需要定时的检查仪器的工作状态,并及时记录、报告和处理不正常的情况。④我们可以采用双电源电池对 GPS设备和 RTK设备进行供电。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,还有是否正常接受卫星,其接受的数目是否足够,同时还要查看基准站电台是否能够正常地传输数据。如果基准站的各项都运行正常,那么测量工作人员就可以准备观测。3.2 流动站的设置和初始化3.2.1 流动站的设置在流动站上,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。3.2.2 RTK 流动站的初始化进行流动站的初始化是在进行测量工作之前非常重要的过程,它能解决整周模糊度的问题。所以说,在进行任何测量工作之前,流动站都要进行系统的初始化 [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情况是相息息相关的。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。倘若通视情况不好,而且没有足够的卫星,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,我们必须要保证流动站在任何时刻都能接收到至少四颗卫星的信号,当数目少于四颗卫星时,流动站就会容易发生初始化失效,从而必须重新初始化。3.3 RTK 在地籍测量中的相关测量3.3.1 地籍控制测量的应用RTK技术在地籍测量中的应用是很广泛的,在地籍控制测量中,首级控制网不仅可以采用边角网、导线网、三角网的形式布设,而且可以采用 GPS定位技术测定控制点的坐标[10] 。实时动态定位技术在应用于地籍控制测量过程中时,可以根据实际的需求,灵活地布设控制点。在地籍控制测量过程中,值得我们注意的是,在进行 GPS RTK控制网建立的时候,我们一定要考虑外业观测,把两者结合起来,使最终的观测成果质量达到最优。3.3.2 地籍碎部测量的应用在地籍碎部测量中,采用 RTK技术与采用全站仪相比,前者在地籍碎部测量中有着采点速度快、作用范围广、可单人操作等优势。RTK定位方式在碎部测量中也有不足之处。其体现在以下俩点:①GPS 接收机必须要能接收到信号才能正常工作。②在碰到建筑物非常密集、树木繁密、障碍物比较多的地方时,我们往往不能靠近被测物体,在遇到这种情况后,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 [11] 。3.3.3 土地勘测定界中的应用土地勘测定界测量工作任务是确定土地使用界线范围,测定界桩位置,测量使用界线范围、计算所测范围面积等。在建设用地勘测界址点坐标时,GPS RTK技术对邻近图根点位中误差、对界址线与邻7近地物的距离中误差、对界址线与邻近界线的距离中误差的精度要求为不超过 10cm。在接收卫星信息跟基准站发送的改正信息时,RTK 可以通过解码得出定位数据。利用 GPS RTK技术勘测定界放样时可以避免关系距离法和解析法放样等方法的复杂性,这不仅省时省力,也可以简化了其工作程序。4.GPS RTK 在地籍测量中的应用实例4.1 GPS RTK 在地籍测量中的应用实例分析实验名称:福州市某区域的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:作业范围为15km,该区视野开阔、交通便利、无高大建筑物、接收信号良好实验内容:选取RTK(1+1)的模式,在该区四周选设一个基准站(编号为S)和6个观测点(编号分别为A1~A6),采用边连式进行观测。并将RTK与静态GPS测量结果进行比较,如表所示。表4-1 点位精度比较点名 $X/m $Y/m $Z/m 点名 $X/m $Y/m $Z/mA1 0.009 0.002 -0.003 A4 0.003 0.000 -0.002A2 0.011 0.008 -0.004 A5 -0.020 -0.010 -0.001A3 0.004 0.012 -0.004 A6 -0.042 -0.007 -0.010实验结论:从表4-1可以看出,RTK与静态GPS的较差在1~2cm。根据控制测量规范要求,N级导线点的点位误差为±5cm,在其误差范围之内,所以GPS RTK技术在地籍控制测量的应用是可行的。4.2 GPS RTK在界址点测量中的应用实例分析实验名称:福州市某区域的界址点测量实验目的:研究GPS RTK在界址点测量中的应用测区概况:测区范围为13km,该区视野开阔、交通较好、有较少高大建筑物、接收信号的能力良好实验内容:选取1个RTK测量基准网点C,将其设置为基准站,在距离基准站13km的范围内选取宗地权属界址点12个(编号为D1~D12)。并采用静态GPS测量技术、全站仪对选定的12个界址点进行测量,采集好数据以后,经内业处理得到界址点坐标较差结果,如表所示:表4-2 界址点坐标较差结果8点名 $X/m $Y/m $Z/m 点名 $X/m $Y/m $Z/mD1 0.003 0.009 0.013 D7 -0.001 0.002 -0.012D2 0.010 0.004 0.012 D8 0.023 0.001 -0.012D3 0.011 -0.020 -0.003 D9 0.004 0.006 0.001D4 0.024 0.001 0.002 D10 0.003 0.004 0.004D5 0.005 0.003 0.003 D11 0.033 0.013 0.005D6 -0.001 -0.007 -0.005 D12 0.025 0.008 0.020实验结论: 从表4-2可以看出,RTK碎部测量的精度在5cm以下,而其界址点允许误差在10~15cm,在误差范围之内,满足其需求。所以GPS RTK能够应用于界址点的测量,且省时省力。5.结束语 GPS RTK在地籍测量中与传统测量方法相比,不仅大量的减少了人力、物力,而且还加快测量的进度和成果的精度、质量,给测绘行业的带来了前所未有的发展。GPS RTK测量技术的应用使地籍测绘的精度、作业效率和实时性达到最佳的融合,极大的促进了城镇地籍信息系统的建设和管理。其在地籍测量中的优势有:①减少人力费用。GPS仅需要一个人来操作,在完成初始化后,在界址点上短时间进行一些处理即可完成测量工作;②定位精度高,测站间无需通视。在没有现成基准控制点的地区能进行高精度的定位计算,不受人眼视线限制;③操作简便,容易使用。随着GPS接收机不断改进,自动化程度越来越高,体积越来越小,重量越来越轻;④采点速度快, 由于RTK无须通视,不受光学通视的限制,减少做控制和换站的工作量,所以采点速度快;⑤能全天候、全天时地作业。在地籍测量工作中采用GPS RTK测绘技术,可以提高地籍测量技术和效率,保证成图精度,满足需求,有力地促进城镇地籍信息系统的建设和城镇地籍管理水平的提高。为后续的规划和调整工作提供了基础资料,取得了较好的经济和社会效益。6.致谢 四年的读书生活在这个季节即将画上一个句号,而于我的人生却只是一个逗号,我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、同学、亲友的大力支持下,走得辛苦却也收获满囊,在论文即将付梓之际,思绪万千,心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜,可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人,我的导师----张高兴老师。我不是您最出色的学生,而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨,学识渊博,工作认真负责,为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔,置身期间,耳濡目染,潜移默化,使我不仅接受了全新的思想观念,树立了宏伟的学术目标,领会了基本的思考方式,从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。9参考文献[1]张立峰等.3S 技术及其在道路测绘中的应用[J].《中国高新技术企业》.2008.[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》,2012.[3]徐绍铨.张华海,杨志强.GPS 测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出版社,1998. [4]李天文.GPS 原理及应用[M].北京:科学出版社,2003.[5]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,2007.[6]詹长根.现代地籍测量技术[J].测绘信息与工程,2004,29(3):42-44.[7]高志强,王洪祥.测绘工程中 GPS RTK技术的应用实例[J].测绘与空间地理信息,2006,(3):74-76.[8]Pirti, A.;Arslan, N.;Deveci, B.so on. Real-Time Kinematic GPS for Cadastral Surveying [J].Survey Review.2009.41(314):339-351.[9]邹庆伟.对地籍测量中 GPS-RTK的应用探讨[J].建材与装饰.2008.6(1):337-338.[10]张恩来等.浅谈 RTK技术在公路测量中的应用于发展前景[J].《黑龙江科技信息》.2010.[11]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》,2010.
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