现代地籍测绘技术-GPS

1、 土地管理源于地籍、归于地籍 地籍发展的动力： 社会结构复杂化导致的社会管理的需求 法律意识的增强 推动地籍发展的关键技术：测绘技术 土地评价技术 现代地籍技术：3S技术，数字测量技术 基于计算机的土地评价技术第一节第一节 概概 述述一、一、GPS定位技术的兴起及其特点定位技术的兴起及其特点 （一）（一）GPS发展的由来发展的由来 1958年年-1964年，美国海军武器实验室年，美国海军武器实验室 ,“海军导航卫星系统海军导航卫星系统”（NAVSTAR/GPS）。）。 1973年，开始研制新一代卫星导航系统全球定位系统年，开始研制新一代卫星导航系统全球定位系统GPS（ Global Posit

2、ioning System)。 GPS计划分三个阶段计划分三个阶段实施：实施： 19731978年进行方案论证年进行方案论证，进行理论研究和总体设计；进行理论研究和总体设计； 19781988进行工程研制，主要是发射进行工程研制，主要是发射GPS试验性卫星，检试验性卫星，检验验GPS系统的基本性能系统的基本性能； 19891993进行实用组网。整个计划耗时进行实用组网。整个计划耗时2020年，投资年，投资300300亿美亿美元，是继阿波罗登月、航天飞机之后的第三大空间工程。元，是继阿波罗登月、航天飞机之后的第三大空间工程。 （二）（二）GPS的特点的特点 与传统的测量技术相比，与传统的测量技术

3、相比，GPS定位技术有以下特点：定位技术有以下特点： 1. 观测站之间无需通视。观测站之间无需通视。 2. 定位精度高。定位精度高。 3. 观测时间短。观测时间仅需数分钟十几分钟。观测时间短。观测时间仅需数分钟十几分钟。 4. 操作简便。操作简便。 5. 全天候作业。全天候作业。 前苏联自前苏联自1978年，年，GLONASS。欧洲空间局。欧洲空间局(ESA)正正在建设民用导航卫星系统。我国也建立了双星定位系在建设民用导航卫星系统。我国也建立了双星定位系统，由统，由2颗同步卫星确定平面位置的导航系统颗同步卫星确定平面位置的导航系统。 空间星座部分空间星座部分 213颗卫星组成颗卫星组成 卫星高

4、度卫星高度20200km 运行周期为运行周期为11小时小时58分分 卫星直径约为卫星直径约为1.5m，重，重约约774kg(包括包括310kg燃料燃料) 一、一、WGS-84坐标系坐标系 GPS单点定位的坐标以单点定位的坐标以及相对定位中解算的基线及相对定位中解算的基线向量属于向量属于WGS-84坐标系，坐标系，而实际所用的是国家坐标而实际所用的是国家坐标系或地方坐标系，应用中系或地方坐标系，应用中要进行坐标转换。要进行坐标转换。 二、时间系统二、时间系统 GPS建立了专用的时间建立了专用的时间系统，该系统（系统，该系统（GPST）由）由主控站的原子钟控制。主控站的原子钟控制。 GPS定位是利

5、用测距定位是利用测距交会原理和方法。交会原理和方法。 其定位方法有其定位方法有 伪距法伪距法 载波相位测量定位载波相位测量定位 差分差分GPS 二、静态相对二、静态相对GPS定位技术定位技术 (一一)经典静态相对定位经典静态相对定位 两套两套(或两套以上或两套以上)接收设备接收设备 同步观测同步观测4颗以上卫星颗以上卫星 每时段每时段30分钟以上分钟以上 基线长度可达几百公里。基线长度可达几百公里。 相对定位精度可达相对定位精度可达5mm十十lppmD，D为基线长度为基线长度(km)。 适用于建立全球性或国家级大地适用于建立全球性或国家级大地控制网；各类精密控制测量。控制网；各类精密控制测量。

6、 (二二)快速静态定位快速静态定位 基准站与流动站基准站与流动站 观测数分钟至十几分钟观测数分钟至十几分钟 必须有必须有5颗卫星可供观测颗卫星可供观测 流动站与基准站不超过流动站与基准站不超过15km 基线中误差为基线中误差为5mm+1ppmD。 缺点：二台接收机工作时，构不缺点：二台接收机工作时，构不成闭合图形，可靠性较差。成闭合图形，可靠性较差。 适用于控制加密；工程测量、地适用于控制加密；工程测量、地籍测量及籍测量及1KM以内的点位定位。以内的点位定位。 三、动态相对三、动态相对GPS定位技术定位技术实时动态实时动态(RTK)常规差分常规差分GPS和和PPK广域差分广域差分GPS。 (一

7、一)实时动态实时动态(RTK)测量测量技术技术 载波相位测量实时差载波相位测量实时差分分GPS测量技术测量技术 RTK测量技术为测量技术为GPS测测量工作的可靠性和高效量工作的可靠性和高效率提供了保障，对率提供了保障，对GPS测量技术的发展和普及，测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。具有重要的现实意义。 (二二)常规差分常规差分GPS测量技术和测量技术和PPK测量技术测量技术 常规差分常规差分GPS和和PPK同属于伪距差分技术。同属于伪距差分技术。 常规差分常规差分GPS的定位精度与用户至参考站的距离有关，的定位精度与用户至参考站的距离有关，精度的衰减率为精度的衰减率为1cm/km，在，

8、在50公里之内，定位精度公里之内，定位精度优于优于1米。米。 PPK(Post-Processing Kinematic)模式是最早的模式是最早的GPS动态差分技术方式，其定位原理类似于常规差分动态差分技术方式，其定位原理类似于常规差分GPS，只是采用数据后处理，在参考站和流动站之间，只是采用数据后处理，在参考站和流动站之间不需要建立无线电通讯数据链。不需要建立无线电通讯数据链。 它的缺点和常规差分它的缺点和常规差分GPS一样，定位的精度受参考站一样，定位的精度受参考站和流动站之间的距离限制。作用距离和流动站之间的距离限制。作用距离50公里以内。精公里以内。精度在度在5米以内。米以内。 (三三

9、)广域差分广域差分GPS测量技术测量技术 根据大区域内若干个根据大区域内若干个GPS参考站的观测资料参考站的观测资料和位置信息，联合解算出每个卫星的卫星钟和位置信息，联合解算出每个卫星的卫星钟差、轨道改正数、电离层改正数，然后将这差、轨道改正数、电离层改正数，然后将这些改正数发送给覆盖范围内的用户，用户利些改正数发送给覆盖范围内的用户，用户利用这些改正信息修正观测伪距，可以提高定用这些改正信息修正观测伪距，可以提高定位精度。位精度。 这种定位方式打破了常规差分这种定位方式打破了常规差分GPS中精度与中精度与距离的依赖关系，在参考站数千公里之外，距离的依赖关系，在参考站数千公里之外，仍然能够达到

10、仍然能够达到2-4米的定位精度，所以，在全米的定位精度，所以，在全国或省级土地动态监测中，这项定位技术大国或省级土地动态监测中，这项定位技术大有作为。有作为。 四、新的四、新的GPS定位技术定位技术 “实时高精度实时高精度”一直是一直是GPS定位技定位技术的发展方向。术的发展方向。 近几年，在高精度近几年，在高精度GPS定位技术方定位技术方面出现了两种新的定位方法，它们面出现了两种新的定位方法，它们是网络是网络RTK技术和精密单点定位技技术和精密单点定位技术。术。 (一一)网络网络RTK 网络网络RTK技术也称技术也称“虚拟参考站技术虚拟参考站技术(Virtual Reference Stat

11、ion VRS)”。 网络网络RTK系统最为重要的功能是长距离高系统最为重要的功能是长距离高精度快速动态定位。精度快速动态定位。 1. 网络网络RTK定位系统的组成定位系统的组成 网络网络RTK定位系统由以下几个部分组成：定位系统由以下几个部分组成： 基准站单元基准站单元 数据通讯系统数据通讯系统 监控分监控分析中心析中心 数据发播系统数据发播系统 用户应用系统用户应用系统 2. 网络网络RTK定位系统提供的定位服务定位系统提供的定位服务 实时应用。以实时应用。以FMHDS 技术或技术或UHF/VHF作为主要的作为主要的通信手段通信手段 主要服务于：主要服务于： 实时厘米级精度定位。技术上依靠

12、高精度的载波相位差实时厘米级精度定位。技术上依靠高精度的载波相位差分实现分实现(简称简称RTK)。主要用于城市实时控制测量，实时。主要用于城市实时控制测量，实时小区域大中比例尺测图与修测、工程放样和工程监测。小区域大中比例尺测图与修测、工程放样和工程监测。 亚米级亚米级(分米量级的分米量级的)精度的差分应用。主要适合于精度的差分应用。主要适合于GIS更新或相应工程应用。更新或相应工程应用。 15米级差分精度的应用。技术上主要依靠伪距差分米级差分精度的应用。技术上主要依靠伪距差分实现实现(伪距差分伪距差分)。主要服务对象是船舶、车辆导航和车。主要服务对象是船舶、车辆导航和车辆监控用户。辆监控用户

13、。 2. 网络网络RTK定位系统提供的定位服务定位系统提供的定位服务 事后应用。事后应用。 以以Internet 作为主要的数据传输手段。作为主要的数据传输手段。 毫米或亚厘米量级定位测量。主要服务于精密控制、毫米或亚厘米量级定位测量。主要服务于精密控制、变形监测和精密工程建设。变形监测和精密工程建设。 米级和亚米级的事后差分。服务于事后米级和亚米级的事后差分。服务于事后GIS数据更新，数据更新，如道路更新、城市管线测量等等。如道路更新、城市管线测量等等。 所以，在一个城市建立网络所以，在一个城市建立网络RTKRTK系统，能够满足各种精系统，能够满足各种精度要求的定位服务。系统本身提供的定位服

14、务种类，度要求的定位服务。系统本身提供的定位服务种类，也涵盖了目前所有的也涵盖了目前所有的GPSGPS测量手段，如差分测量手段，如差分GPSGPS定位、定位、静态定位、静态定位、RTKRTK定位等。定位等。 (二二)精密单点定位精密单点定位 精密单点定位技术精密单点定位技术(Precise Point-Positioning-PPP)，也称，也称PPP技术。技术。 该技术由美国喷气推进实验室该技术由美国喷气推进实验室(JPL) 于于1997年提出。定位原理如同单点定位，采年提出。定位原理如同单点定位，采用双频载波相位观测值，需要外部提供精用双频载波相位观测值，需要外部提供精密的轨道和卫星钟差。

15、密的轨道和卫星钟差。 第五节第五节 GPS在地籍测量中的应用在地籍测量中的应用定位技术名称定位技术名称精精 度度(m)(m)作用距离作用距离(km)(km)观测时间观测时间( (分钟分钟) )经典静态经典静态0.0010.0010.050.0513000130006060快速静态快速静态0.010.010.050.0520205-205-20常规差分常规差分GPSGPS0.500.5010.0010.00200200实时实时事后差分事后差分GPSGPS0.500.5010.0010.00200200单历元单历元广域差分广域差分GPSGPS0.500.503.003.0015001500实时实时

16、实时动态实时动态(RTK)(RTK)0.010.010.050.051515实时实时网络网络RTKRTK0.010.010.100.10100100实时实时精密单点定位精密单点定位0.010.010.500.50全球全球实时实时 一、一、GPS定位技术在地籍控制测量中的应用定位技术在地籍控制测量中的应用 不要求通视，没有常规的多个技术条件限制。不要求通视，没有常规的多个技术条件限制。 常规静态测量、快速静态测量、常规静态测量、快速静态测量、RTK技术已经逐步取代技术已经逐步取代常规的测量方式，成为地籍控制测量的主要手段。常规的测量方式，成为地籍控制测量的主要手段。 边长大于边长大于15km：只

17、能采取常规静态测量；：只能采取常规静态测量； 边长在边长在1015km：快速静态：快速静态GPS测量，或测量，或RTK模式；模式； 边长边长510km：GPS快速静态定位，或快速静态定位，或RTK测量模式。测量模式。 边长小于边长小于5km：优先采用：优先采用RTK方法，或快速静态定位；方法，或快速静态定位； 二、二、GPS定位技术在地籍图测绘中的应用定位技术在地籍图测绘中的应用 地籍测量和土地勘测定界精度：地籍测量和土地勘测定界精度： 5cm 或或7.5cm RTK技术使精度、作业效率、实时性达到了最佳的融合，技术使精度、作业效率、实时性达到了最佳的融合，为地籍碎部测量提供了一种斩新的测量方

18、式。为地籍碎部测量提供了一种斩新的测量方式。 采用采用RTK方式进行碎部测量，与全站仪相比，速度快，方式进行碎部测量，与全站仪相比，速度快，作业效率高。作业效率高。 它不要求通视，不需要频繁换站，减少了全站仪频繁换它不要求通视，不需要频繁换站，减少了全站仪频繁换站所花的时间，而且可以多个流动站同时工作。站所花的时间，而且可以多个流动站同时工作。 据初步的应用分析，测量时间节省一半以上，测量精度据初步的应用分析，测量时间节省一半以上，测量精度和可靠性都能满足要求和可靠性都能满足要求 三、三、GPS定位技术在土地利用变更调查和动态定位技术在土地利用变更调查和动态监测中的应用监测中的应用 1. GP

19、S实时动态差分技术在土地利用变更调查实时动态差分技术在土地利用变更调查和动态监测中的应用：和动态监测中的应用：RTK和和RTD。 现在各大现在各大GPS生产厂家都推出了手持差分型生产厂家都推出了手持差分型GPS接收接收机，它轻便灵活，能记录点线、面等数据，可存储很多机，它轻便灵活，能记录点线、面等数据，可存储很多点的几何数据和属性特征。码相位差分达点的几何数据和属性特征。码相位差分达2m5m精度，加分米级处理器定位精度高于精度，加分米级处理器定位精度高于1m，其精度完，其精度完全满足土地利用变更调查及其动态监测的精度要求。对全满足土地利用变更调查及其动态监测的精度要求。对于经济实力不是很好，而

20、又要长期大面积进行土地利用于经济实力不是很好，而又要长期大面积进行土地利用变更调查和监测的单位，是一种首选的技术。变更调查和监测的单位，是一种首选的技术。 2. GPS后处理动态差分技术在土地利用变更调后处理动态差分技术在土地利用变更调查和动态监测中的应用查和动态监测中的应用 在在GPS动态差分技术中，动态差分技术中，PPK模式是动态差分技术的最模式是动态差分技术的最早模式，采用数据后处理，其平面位置精度在早模式，采用数据后处理，其平面位置精度在5m以以内。内。 采用后处理差分方式，还可以减少数据传输链的建设费采用后处理差分方式，还可以减少数据传输链的建设费用。用。 据有关资料显示，相关科研人员在蒙古包头市、四川乐据有关资料显示，相关科研人员在蒙古包头市、四川乐山、北京郊区等地进行了试验，其几何精度完全可以满山、北京郊区等地进行了试验，其几何精度完全可以满足土地利用变