GPS技术在城镇地籍测量中的应用

1、学科分类号（二级）本科学生毕业论文（设计） 题目GPS技术在城镇地籍测量中的应用 姓名杨显武 学号 院、系旅游与地理科学学院 专业地理信息系统 指导教师 李金平职称（学历） 教授（博士） GPS技术在城镇地籍测量中的应用 摘要：GPS卫星定位技术尤其是实时动态（RTK）定位技术的迅速发展，给测绘工作带来了革命性的变化，也给地籍测量工作带来了巨大的影响和极大的利好。由于GPS技术具有布点灵活、全天候观测、计算及观测速度快、精度高等优点，使GPS技术在国内各省市的地籍测量中得以广泛应用。由地籍调查规程得知，在地籍平面控制测量基础上的地籍细部测量，对于城镇街坊外围界址点及街坊内明显的界址点间距允许误

2、差为10 cm，城镇街坊内部隐蔽界址点及村庄内部界址点间距允许误差为15 cm，利用GPS RTK技术完全能满足上述精度要求。鉴于此，本毕业设计以云南师范大学呈贡主校区为测区，以徕卡公司Leica Viva GNSS（GPS RTK接收机型号）为测量工具，环绕校园一周（包含东校区、西校区两个测区），测定云南师范大学宗地界址点。对测定的界址点的地理坐标进行一定程度的精度评定，选取那些精度较高又地理特征明显的界址点，导入南方CASS成图系统，充分借助计算机图形处理功能，从地籍图图形文件中提取与本宗地图有关内容，经处理后得到测区标准宗地图。关键词：GPS技术；RTK；地籍测量；界址点；宗地图目 录1

3、 引言- 1 -2 RTK工作原理及地籍控制测量- 2 -2.1 RTK工作原理- 2 -2.2 地籍控制测量- 3 -2.2.1 研究区概述- 3 -2.2.2 作业依据- 3 -2.2.3 地籍控制测量- 3 -3 地籍测量- 4 -3.1 权属调查- 5 -3.2 地籍测量- 5 -3.2.1 界址点测定- 5 -3.2.2 地籍要素测绘- 7 -3.3 精度评定- 8 -3.4 地籍图及宗地图绘制- 9 -3.4.1 数据格式转换- 9 -3.4.2 权属线绘制- 9 -3.4.3 图形编辑与导出- 9 -4 结语- 12 -1 引言地籍测量是政府性的基础性测绘工作，是具有法律意义的行

4、政性技术行为，是保证国家对土地税收、合理利用土地、保护土地所有者和使用者合法权益的关键，是为我国社会发展与国民经济计划提供基础资料的重要手段。加强地籍测量工作、利用现代测量技术准确、快速的对城镇土地的变化进行测量有利于控制城镇规划发展的实施，是现代城镇规划的关键，是现代房地产开发、城市工业技术开发区建设、现代化住宅小区建设的重要参考资料。提高地籍测量技术水平、提高地籍测量人员专业技能、积极应用现代测绘技术对我国城镇发展有着重要的意义。地籍测量工作是一项系统、复杂而艰苦的测绘工作,同时又要保持较高的精度(厘米级)和现势性。常规的测量方法有经纬仪、全站仪、测距仪等,其共同特点是要求测站点间必须通视

5、使得不能进行大面积的测量工作,并且需要3个工作人员以上,费事费力,效益十分低下。近年来,由于GPS系统进一步稳定和完善,以及相应硬、软件的提高,GPS RTK技术其简单高效的特点被广泛应用于地籍测量,特别是城镇地籍测量。本文以云南省昆明市呈贡新区雨花片区云南师范大学呈贡主校区为研究区，研究以下三个方面的内容。（1）控制测量、地籍要素测定：地籍控制测量分为地籍平面控制测量和高程控制测量。地籍测量主要是测绘地籍要素及必要的地形要素，形成以地籍要素为主的平面图，一般不要求高程控制；（2）RTK技术与其他测量技术协同测定宗地界址点：实时动态(Real Time Kinematic简称 RTK)测量技术

6、，也称载波相位差分技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。结合常规测量技术（如：三角网测量、导线测量、碎部测量），能够方便快捷的测定宗地界址点；（3）地形（地物）要素的测定：在技术设计和选点埋标的准备工作完成之后，即进行外业观测，对测定成果整理，再进行GPS控制网平差，即完成了地形（地物）要素的测定。主要研究方法如下：（1）地籍控制测量：在任意开阔无干涉点架设基站，实测三个已知控制点匹配计算当地坐标系统，再测一个已知控制点检核，若达到精度要求即完成测区控制。（2）地籍测量：权属调查、测定界址点和地形点。（3）地籍图与宗地图绘制，将测得数据结

7、合南方CASS成图系统绘制地籍图和宗地图。（4）精度评定：对测量数据及研究结果进行一定的精度评定。2 RTK工作原理及地籍控制测量2.1 RTK工作原理GPS 实时动态测量是一种基于高精度载波相位观测值的实时动态差分定位技术。它利用2 台及以上的GPS 接收机同时接收卫星信号，其中一台设置在已知点上作为基准站，并将基准站坐标，高程，坐标系转换参数，水准面拟合参数等输入GPS 手簿，其他的GPS 接收机则设置为流动站。基准站与流动站要同时跟踪至少5 颗以上的卫星，然后基准站将接收的卫星信号通过基准站电台发送到流动站，而流动站则将采集到的观测数据与基准站发来的信号传输到控制手簿，组成差分观测值，进

8、行实时差分处理。实时得到本站的坐标和高程及其实测精度，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较。当实测精度达到预设精度指标时，手簿将提示测量人员是否接受该成果，如接受，手簿则将测得的坐标，高程及精度同时记进手簿。 图1 GPS测量工作原理示意图转换参数的求解是RTK 动态测量的基础，其精度直接影响RTK 测量精度，所以选取转换参数时要注意如下两个方面：（1）测区外围要有一定数量的高等级并经过水准联测的控制点，所选公共点不要远离测区并要均匀分布在测区周围，尽量把RTK 的基准站布设在RTK 有效测区中央最高的控制点上。（2）为提高转化精度。通常要联测尽可能多的已知点，并利用最小二乘法求解转换参数。

9、应用控制点求解转换参数时，可以有不同的作业方式：基准站位于已知点上时，将多个已知点的地心坐标与相应的当地坐标输入电子手簿中，实地虚拟联测，解算出转换参数；基准站架设在已知点或未知点上时，流动站依次测量各已知点的地心坐标，将各已知点所对应的当地坐标系的平面坐标和高程输入手簿中计算转换参数，淘汰残差比较大的已知点，从而解算出两套坐标系之间的转换参数。2.2 地籍控制测量2.2.1 研究区概述本文以云南师范大学呈贡主校区为研究区。校区位于昆明市呈贡新城东南部的雨花片区（大学园区），西邻雨花片区二环东路（春融街），三环路（景明南路）穿越校园。东靠龙潭山，北接联大街，南对规划中的昆明理工大学呈贡新校区（

10、由聚贤街相隔）。距离昆明主城15公里，通过片区二环路和三环路连接片区内其他大学校区和昆洛路干道。测区地势平坦，地块规整，面积不超3平方千米，平均高程1945米。中心经纬度（102.85 , 24.87）。2.2.2 作业依据国家测绘局1994年11月28日发布的地籍测绘规范(CH5002-94)；原国家土地管理局1993年6月22日发布的城镇地籍调查规程(TD1001-93)；国家测绘局1994年11月28日发布的地籍图图式(CH500394)；国家测绘局1992年6月8日发布的全球定位系统(GPS)测量规范。2.2.3 地籍控制测量外业测量之前，应对GPS接收机进行常规设置，其流程如下：先新

11、建项目（第一次使用）或者项目的选择（在已有项目下进行作业就需要先选定项目）；进行基站的连接和设置。将基准站与手簿通过蓝牙连接，即可通过手簿方便的操控基准站。基准站对中、整平后，还应量取并记录基准站高。通讯系统选择基站内置3号电台，设置一定频率（445.0MHZ）发射无线电信号；流动站的连接和设置。流动站和基站设置一致的信号通道和频率即可实现实时动态连接。定义坐标系。根据现实条件及作业要求，选取较为简单的“一步法”定义坐标系（由3个已知的具有精确坐标的控制点匹配计算得到相关参数）。设置完毕，即可转到流动站开始测量采点。到这一步，实际上只用通过手薄对点编号，待信号稳定、2DCQ（平面质量精度）在限

12、定范围内（mm级）即可观测，GPS接收机能够快速算出实测点位坐标，这一过程通常不过10s，注意整个过程尽量保持流动站竖直（圆水准气泡居中）且高度一致（本次作业，都是保持流动站天线高2m）。本次测量起算点选在空旷的广场，满足点位周围垂直角15以上天空无障碍物，周围无大范围水域,远离强功率电台、电视发射台、微波中继站,远离高压电线、变电所等GPS测量规范要求。3个已知控制点坐标如表1所示：表1 控制点大地坐标点号Y值/mX值/mZ值/mGPS08.589.9371948.448GPS06.188.3411950.635GPS04.662.6301948.791实测控制点坐标如表2所示：表2 实测控

13、制点坐标点号Y值/mX值/mZ值/mGPS08.590.9391948.791GPS06.187.3381950.635GPS04.662.6311948.791由表1、表2易知：Y = 1mm ；X = 3mm ；Z = 3mm 。相对误差都达到了毫米级，特别点的某一方向上的坐标甚至完全吻合。这保证了控制点很好的控制效果。3 地籍测量3.1 权属调查土地权属调查是指以宗地为单位，对宗地的权利、位置等属性的调查和确认（土地登记前具有法律意义的初步确认）。调查内容包括：(1) 土地的权属状况，包括宗地权属性质、权属来源、取得土地时间、土地使用者或所有者名称、土地使用期限等；(2) 土地的位置，包

14、括土地的座落、界址、四至关系等；(3) 土地的行政区划界线，包括行政村界线(相应级界线)、村民小组界线(相应级界线)、乡(镇)界线、区界线以及相关的地理名称等；(4) 土地的利用状况和土地级别。3.2 地籍测量3.2.1 界址点测定国家测绘局1994年发布的地籍测绘规范规定，地籍界址点的精度分三级，等级的选用应根据土地价值、开发利用程度和规划的长远需要而定，具体精度要求如表3所示。表3 地籍界址点精度要求 界址点等级界址点相对于临近控制点点位误差和相邻界址点间的间距误差限差限差/m中误差/m一0.100.05二0.200.10三0.300.15国家土地管理局1993年发布的城镇地籍调查规程规定

15、，地籍界址点的精度分二级，表4规定了界址点精度指标及适用范围。表4 界址点精度指标及适用范围类别界址点对临近图根点点位误差/cm界址点间距允许误差/cm界址点与临近地物点关系距离允许误差/cm 适用范围中误差允许误差一5101010城镇街坊外围界址点及街坊内明显的界址点二7.5151515城镇街坊内部隐蔽的界址点及村庄内部界址点注：界址点对邻近图根点点位误差系指用解析法勘丈界址点应满足的精度要求；界址点间距允许误差及界址点与邻近地物点关系距离允许误差系指各种方法勘丈界址点应满足的精度要求。由于我国各管理部门对界址点的精度要求制定了相应的规范或规程，因此，在实际应用时应按照精度要求执行。为使所测

16、的界址点成果具有共享性，在测定界址点时应尽量按较高的标准执行。界址点是界址线或边界线的空间或属性的转折点,而界址点坐标是在某一特定的坐标系中利用测量手段获取的一组数据,即界址点地理位置的数学表达。界址点坐标的精度,可根据界址点的重要程度即研究目的来加以选择。西校区、东校区两测区界址点成果表如下：表5 西校区界址点成果表界址点号Y坐标/mX坐标/mZ坐标/mxqhx01.345.1381943.956xqhx02.304.4761945.107xqhx05.153.5291950.271xqhx06.090.5701941.118xqhx08.119.2941947.982xqhx09.082.

17、6091948.729xqhx11.342.5771949.140xqhx13.176.2521941.623xqhx15.070.4701940.136xqhx16.130.2291940.533表6 东校区界址点成果表界址点号Y坐标/mX坐标/mZ坐标/mdqhx01.883.3031938.965dqhx04.308.3851943.887dqhx05.816.3781945.279dqhx08.965.2441944.898dqhx10.610.0731938.964dqhx12.602.2501952.964dqhx13.335.1961954.612dqhx14.441.69819

18、59.306dqhx15.265.9981959.309dqhx16.243.0221958.837dqhx18.145.2251953.303dqhx20.447.5601950.352dqhx21.881.3851949.044dqhx23.959.4751941.223dqhx24.720.0531940.131注：以上两表并不是全部测定的界址点，而是那些处在特别地理位置，能够反映宗地轮廓，且达到精度要求的点。3.2.2 地籍要素测绘地籍细部测量是地籍调查不可分割的组成部分。地籍细部测量在地籍控制测量的基础上进行，其目的是测定每宗地的权属界址点位置、形状、面积等基本情况。对于城镇街坊外围

19、界址点及街坊内明显的界址点间距允许误差为10 ，城镇街坊内部隐蔽界址点间距允许15误差。利用GPS-RTK 技术完全能满足上述精度要求，建议在适合布设GPS 点的部分测区使用该项技术。在进行界址点测量之前,为了提高工作效率,对测图范围内的所有界址点要进行分析和统计,将其分为三种类型。第一种类型,界址点位于开阔地带,或位于一般建筑物的房角或墙角处,或在较容易到达顶部的高大建筑一角的地方。第二种类型,当建筑物层数较高且不宜到达顶部或较为隐蔽的界址点和碎部点,则首先利用RTK测设一组图根点,然后再利用全站仪进行测量。第三种类型,十分隐蔽的死角,只能借助与其他点、线之间的几何关系来确定其位置。 本次测

20、量作业符合第一种类型，除个别界址点不易到达、难以观测外，其余界址点均分布在笔直道路或围墙外侧的开阔区域，在技术条件不太成熟的条件下，这是野外作业能够顺利完成的重要保证，并且能够保证测量结果保持在一定的精度水平。3.3 精度评定RTK数据链通过无线电发射机（即电台）发射，当其工作频率、频段、功率恒定时,流动站与基站距离L与基站天线高H1及流动站天线高H2的相关关系如下： L = A（H1 + H2）km （1）上式中A代表经验值，一般取值区间为4,5.不难看出，发射距离与基站天线高正相关，也就是说天线越高，在其它条件不变的情况下测区范围越广。在本次外业作业工作中H1的三次取值分别为：1.173m

21、、1.030m、1.134m, H2始终为2m,所以L取值始终大于5km,表明测区内能够实现GPS信号全覆盖。即使是测定距离基站较远的界址点，也不会因为距离因子导致精度不达标。中误差是按有限次观测的偶然误差求得的标准差，用m表示，即： m = = （2）中误差是衡量测量精度的重要指标。在一般情况下，观测值的真值是不知道的，无法求出真误差，这时就不能再用式（2）求解中误差，这时中误差计算公式为： m = (3)随机选取表5、6中的界址点，采用全站仪进行验证测量，得到同一个测点的两套数据，代入上述中误差计算式，可得到如下中误差评定表。 表7 按观测值的改正值计算中误差 单位：m界址点号RTK测点位

22、坐标 全站仪测点坐标xqhx06.09.570.01.564xqhx08.119.294.120.297dqhx05.816.378.819.368dqhx010.610.073.614.079dqhx20.447.560.437.460从上表可以可求得：算术平均值X=l+l/n=0.398m；中误差m = = 0.07m ，中误差m mmin ,即所测定界址点满足表3、4中所描述的精度要求。3.4 地籍图及宗地图绘制 将测定的界址点及地籍要素数据从RTK手簿导入计算机成图系统（本设计采用南方CASS7.1作为成图系统平台），结果一系列处理，即可得到最基本的宗地图和地籍图。3.4.1 数据格式

23、转换数据采集后，先将GPS RTK手簿中的数据导入计算机里。一般用EXCEL表格打开数据文件（*.txt文本文件），进行格式设置。然后存成扩展名为“.csv”的逗号格式文件，再将文件扩展名“.csv”改为“.dat”，即改成可在CASS里展开的数据文件。3.4.2 权属线绘制本设计采用鼠标直接定位的方式绘制权属线。这种方法最直观，权属线绘制出来后系统立即弹出对话框，要求输入属性，点“确定”按钮后系统将宗号、权利人、地类编号等信息加到权属线里。3.4.3 图形编辑与导出 图2 云南师范大学呈贡主校区西区宗地图图3 云南师范大学呈贡主校区东区宗地图图4 云南师范大学呈贡主校区地籍图4 结语虽然RT

24、K具有操作简单、观测快速、精度高的技术优势，但整个作业过程还是有一些需要改进的地方。首先，这是首次独立使用GPS RTK进行测量作业，准备不够充分导致实测时问题频发，这表明，技术设计对测量作业是非常的重要；其次，对外界客观干扰因素预期不足，这次外业作业时天气极其不稳定，给外业工作带来了很多诸多不便，日后测量工作前，准备几套应急实施方案是必不可少的；最后，测量工作之所以能够顺利完成，很大程度上得益于测区范围相对较小、测区规整、地形条件佳等，在实际生产作业中，通常不具备这么理想的综合条件，所以，深入理论、强化实操，是日后工作学习的必由之路。参考文献：1 潘正风等.数字测图原理与方法M.武汉：武汉大

25、学出版社，2004，167-168.2 徐绍铨等.GPS测量原理及应用M.武汉：武汉大学出版社，1998,100-114.3 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):74-76.4 李国伟GPS在土地测绘中的应用及前景J中国土地科学，1995，19(4)：25-285 李国伟.GPS 技术与地籍控制测量J.中国土地科学，1994,5:1-20.6 杨润书.GPS基线解算的优化技术J.测绘通报,2005,(5):36-39.7 耿宏锁，巨娟丽，殷彦平.地籍控制测量GPS控制网的设计与实践J.水利与建筑工程学报，2004，50:14-22.

26、8 李国波、方广洁.GPS测量控制网网形的优化设计J.湘潭师范学院学报（自然科学版），2004，7(9):33-38.9 陈建龙，杨德明.实时动态（RTK）定位技术在土地测绘中的应用J.东北测绘，2000，3:19-27.10 闫志刚，张兆龙.GPS、RTK作业模式在原理及实用技术J.四川测绘，2001，63(32):7-27.11 邱道持，李仕川等.重庆市地籍平面与高程控制侧量探讨.西南师范大学学报 (自然科学版)，第25卷.12 CH2001-92.全球卫星定位系统(GPS)测量规范S.13 CJJ73-97.全球卫星定位系统(GPS)城市测量技术规程S.14 Applications o

27、f GPS Theory and Algorithms J.GPS,2007，12(8):6-9. 15 GPS Observation Equations and Equivalence Properties J.GPS,2007，11(4):7-11. 16 Prasad Jayanti;Srdjan Petrovic Efficiently Implementing a Large Number of LL/SC Objects J. Principles of Distributed Systems, 2006，27(2):5-15.17 Physical Influences of

28、GPS Surveying J.GPS,2007，4(8):22-27.18 Kazuo Murase;Seiji Nishi; Composition and carrier concentration dependence of structural instabilities in PbTe-SnTe alloys J. Physics of Narrow Gap Semiconductors, 1982，9:18-26.GPS technology in the application of the urban cadastral surveyAbstract: GPS satelli

29、te positioning technology, especially the real-time kinematic (RTK) positioning technology rapid development, for surveying and mapping work has brought the revolutionary change, also to cadastral survey work has brought enormous impact and significantly positive. Stationing flexible, because of GPS

30、 technology have all-weather observation, calculation and observation speed, high accuracy, GPS technology in the domestic various provinces and cities are widely used in cadastral survey. Informed by cadastral investigation procedures, on the basis of cadastral plane control survey of cadastral det

31、ail measurements, for urban neighborhood site point of the site point of apparent in the neighborhood of the outer space allows error was plus or minus 10 cm, urban neighborhood site point spacing and village internal management of the internal hidden allowed error is + / - 15 cm, using GPS RTK technology can completely satisfy the accuracy requirement. In view of this, this graduation design is to chenggong yunnan normal university main campus for the test area, with the Leica company Leica Viva GNSS (GPS RTK rece