差分GPS技术在地籍测量中的应用

1、差分GPS技术在地籍测量中的应用张显峰崔伟宏摘要：提出了运用移动差分GPS技术获取土地利用变化信息的新方法。该方法在包头市郊区县进行了实验，结果证明与传统测量方法相比，具有快速、准确，操作简便的优点，GPS数据输入GIS，可以快速成图。关键词：地籍测量；DGPS；应用中图分类号：P271文献标识码：B文章编号：0494-0911(2000)06-0004-03Application of Differential GPS Technology to Cadastral Survey表1两种差分方式的比较差分 方式观测量初始化时间失锁后重新锁定卫星精度成本操作RTK载波相位数分钟长厘米级高较复杂

2、后处理移动差分C/A伪距、载波相位多谱勒观测量数秒很短米级低简单基于以上考虑，我们采用后处理移动差分方式来获取土地利用的变化数据。目前市场上的GPS接收机中大部分都具有移动差分功能，例如Magellan公司的Mark X系列，Trimble公司的4000GEO等。在比较各公司产品的综合性能和价格性能比基础上，选取Magellan公司的Promark X-CM接收机作为测量工具。该机具有10个接收通道，可接收L1载波和C/A码观测量，并具有接收RTCM差分信息的功能，可进行位置差分，伪距静态差分，移动差分，载波相位差分和实时动态差分。机器自带4 Mb内存，能连续观测记录30 h伪距码或8 h载波

3、相位数据，对野外连续作业十分方便，此外随机配备的差分处理软件功能强大，提供多种数据接口和坐标系统。四、GPS外业测量工作的实施目前，我国已经制定出全球定位系统(GPS)测量规范，由于将差分GPS运用于大地测量尚处于研究阶段，没有相关的规程出台。笔者曾在内蒙古包头市郊区县(面积2 083 km2)进行了GPS野外测量，获取土地利用变化数据。综合上述工作，总结出运用差分GPS进行土地利用调查的实施方法与步骤。1. 测量前的准备工作准备工作包括熟悉Promark X-CM GPS接收机的操作，差分处理软件的熟练使用，制定野外测量操作规程及组建作业队伍等。在分析土地利用调查的各种复杂情况基础上，制定出

4、适合GPS测量特点的操作规程。此外，测量队伍的组建也很关键，一个作业队应该至少由3人组成，仪器操作员，记录员和导航员。记录员由了解国家土地详查规程的人员充当，导航员由当地乡级土地员或村干部充当，其职责是寻找变化地块。仪器操作员的任务是操作GPS接收机，监视工作状态是否正常。2. 现有测绘控制网的评价与加密如果是单机绝对定位，GPS测量是不需要任何测绘控制点的，但考虑到差分计算的要求以及将GPS数据与土地详查等GIS数据叠加配准时需要进行坐标转换，所以，测区内必须有一定数量的测绘控制点。如果测区内已有足够数量的WGS 84 GPS控制点和北京54坐标控制点，则完全满足我们的需要，至于测绘控制点的

5、精度，即使是E级控制点，其常量误差为±10 mm，相对误差为±20×10-6D，足以满足农村地籍测量需要。如果测区内没有GPS测绘控制点，或密度不够。可以用GPS静态差分定位技术进行引点或加密。测绘控制点(网)的建立或加密的具体方法参见有关文献。3. 测量中数据组织与编码一般说来，用一台GPS接收机作为基准站，测站GPS接收机则有数台，同时进行测量。为了避免差分处理时数据管理混乱，我们对每台移动测站GPS接收机进行编码，如1号，2号，3号，N号，在每一台移动接收机进行测量时，其数据文件名需包含日期、机号、文件序号等信息，这样便于数据的内业处理和存档管理。如文件名为

6、07160305.mob，表示测量时间为7月16日，3号机第5个数据文件。此外，在野外测量中除采集变化边界的空间坐标外，还要采集权属，土地利用类型等属性信息。因此在测量前应该对各属性进行统一编码。编码原则应该与土地详查中的编码原则一致。4. 基准站的建设如果测区内有足够数量的GPS测量控制点，将基准站设置在测区中心位置。基准站周围要求无高大建筑物、树木等地物的遮挡，无强的电磁干扰(如变电站、高压线等)。用三角架将GPS抗多路径效应的天线架在已知点上，并将三角架的水平与垂直方向调平对准已知点。天线用专用电缆与GPS接收机相联。打开GPS接收机进行初始化，设置采样率(大于或等于移动站)和天线视角(

7、基准站一般为10°)等参数。一旦准备工作完成，即可开始采样(对ProMark X-CM来说，选用dif+2模式)。如果测区内没有任何测量控制点，则需从测区外的已知点引点建立控制点(引点时最好有两个点，其中一点用做检验)；如果测区面积大，控制点太少，则需要进行加密。5. 变化图斑的识别与标识土地利用变更调查只需调查土地利用属性发生变化的地块，测量它们的变化边界和登记变化属性。为了加速测量工作，在测量之前应该先识别出变化地块的大致位置并标识在图上，供野外测量中使用。在本项目中，通过遥感数据与1992年的土地详查数据进行复合分析来发现变化地块的空间分布。对于那些通过遥感手段不能发现的变化，

8、可以根据用地申报文档和现场询问的办法来识别。6. 利用移动站GPS接收机采集数据根据土地变更调查的要求，需要采集两类数据：一是变化地块的地理坐标数据；二是属性数据如权属、利用类型等。测量前打开GPS接收机，锁定4颗以上卫星，进入Setup菜单进行初始化，设置采样率和天线视角。移动站和天线视角最好大于基准站的天线视角，一般来说，移动站离基准站的距离每增加100 km，移动站的天线视角就增加1°，这样保证移动站的所有可见GPS卫星都包含在基准站的可见卫星中。当初始化完成后即可开始移动测量。GPS接收机可由人手持步行，或放在自行车、摩托车、汽车等载体上。根据笔者的实验，当GPS接收机放在时

9、速为60 km的汽车上进行测量时，对精度没有影响。在测量中，天线要架在一个支撑杆上，举过人的头顶垂直移动天线，避免严重的地物遮挡。如果发生这种情况，可能导致跟踪的卫星数目小于4个，不能进行3维定位。考虑到卫星在空间的几何分布等因素，要求测站必须观测4颗以上的卫星。否则应该将不能进行3维定位的数据从序列中剔除，以免影响差分结果。每测一个地物，同时填写野外记录表。1. 线状地物。诸如水渠、道路等线状地物，在测量中应该将天线放置在其中心线，移动测量，并记录下该线状地物的属性信息，并输入GPS接收机。2. 面状地物。在土地利用调查中，面积地物即地块是最重要的测量对象。如果一个地块的部分发生了用地类型的

10、变化，则需对变化边界进行测量。从变化边界的起点开始，沿边界移动天线至终点。终止当前文件的记录，形成一个封闭的多边形。3. 点状地物。如果有点状地物如界桩、控制点等需要测量，最好采取静态差分的方法记录数据，这样能够达到厘米级的精度。4. 属性数据。GPS最初设计是用来定位的，而不是用来采集GIS数据的。在GIS中，属性数据与地理坐标数据同样重要。就目前来看，GPS不具备属性数据采集功能，只能通过其他方式来采集。坐标的采集和属性的采集没有很好地集成到GPS接收机上，它们之间的关联是通过在GIS内部交互式编辑来完成的。不过，许多GPS接收机生产厂家开始改变这种现状。Trimble公司采取用一台便携式

11、计算机与GPS接收机相连，通过Geolink软件来负责属性数据的采集。这种方法的不足在于属性采集工具与GPS接收机集成差，增加了野外作业难度。在本项目中，根据土地利用变更调查的特点，启用Promark X-CM接收机中，每开始一个新文件名时，可以输入72个字符的文件描述信息。借此功能，我们在开始移动采集数据前，输入地块变化边界的左右地块属性，通过这种办法，在内业处理中可以识别测量地块的属性信息，通过交互编辑赋给图斑。7. 内业差分处理内业差分处理的任务是根据基准站和移动站得到的观测量，按某种差分算法解算出移动测站在WGS 84坐标系下的坐标值。MSTAR是随Promark X-CM型GPS接收

12、机配备的差分后处理软件。MSTAR提供四种差分方法，位置差分、伪距静态差分、移动差分和厘米级的载波相位差分。本项目中利用移动差分功能对野外获取的土地利用变化数据，精度为±2±5 m。五、结论GPS技术给测绘技术带来一场革命，而且正在深入到各个应用领域。将遥感、地理信息系统和全球定位系统技术运用于土地资源的动态监测、变更调查和土地数据的管理工作中，可以改变我国土地管理的落后状况。它与传统方法比较，有以下明显优点：1. 不要求测站之间的通视，不受时间、气象条件限制，具有全天候观测能力，仪器体积小，野外操作简便。2. 测量精度高。基于载波相位的静态差分方法和移动差分方法可满足城镇地籍测量和农村土地利用调查的要求。3. 测量结果是统一在WGS 84坐标系下的3维地理数据，彼此之间相关性好，共享容易。4. GPS测量结果可以直接输入地理信息系统中，与其他数据进行复合分析、制图。5. 由于信息自动接收、自动存储，内外业结合紧密，减少了传统方法中繁琐的中间过程，提高了测量速度和成果的可靠性。从运用ProMark X-CM GPS接收机的移动差分技术来获取包头市郊区县2 083 km的土地利用变化信息(相对于1992年)看，测量快速、准确，得到了用户的认可。表2是移动差分技术与传统人工方法的比较。表2传统方法与移动差分GPS方法的比较(以前明