GPS-RTK在土地调查中的应用

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目录摘要……………31GPS技术……………………31.1GPS技术简介……………31.2GPS系统组成…………………42RTK原理及作业方法…………………43RTK技术在农村集体土地所有权登记发证中的应用…………53.1布设GPS控制网中的应用……………53.2GPS-RTK在集体土地所有权登记发证细部测量中的组织实施………64.GPS-RTK技术在应用中的缺点及应对措施………74.1受大气电离层影响……………………74．2环境干扰………………74．3卫星状况限制…………8结束语…………8参考文献………………………9正文：GPS-RTK在土地调查中的应用作者：赵宇指导教师：徐克红(辽宁城市建设职业技术学院测量院（系）2011级工程测量专业)摘要：（GlobalPositioningSystem）全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。随着科技的不断发展，GPS在测量中的应用范围也越来越广。从GPS常规静态方式用于大地控制网，快速静态方式用于工程测量、地形测量、地籍测量的控制网建立及加密，到准动态、动态的出现，特别是随着RTK（RealTimeKinematic）实时动态技术的应用，给传统测量带来了革命性的变化，不但可以简化常规控制测量，而且不需控制点就可直接测量和定点放样。近几年，GPS-RTK在土地调查中的发展非常迅猛，已成为在土地调查中必不可少的主力仪器。关键词：GPS-RTK土地调查1GPS技术1.1GPS技术简介：GPS又称为全球定位系统（GlobalPositioningSystemGPS）是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年、耗资200亿美元，于1994年3月完成其整体部署，实现其全天候、高精度和全球的覆盖能力。现在GPS与现代通信技术相结合，使得测定地球表面三维坐标的方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位与导航，极大地扩展了它的应用广度和深度。载波相位差分法GPS技术可以极大提高相对定位精度，在小范围内可以达到厘米级精度。此外由于GPS测量技术对测点间地通视和几何图形等方面的要求比常规测量方法更加灵活、方便，已完全可以用来施测各种等级的控制网。GPS全站仪的发展在地形和土地测量以及各种工程、变形、地表沉陷监测中已经得到广泛应用，在精度、效率、成本等方面显示出巨大的优越性。1.2GPS系统组成GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。eq\o\ac(○,1)GPS卫星星座：由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座记作（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内轨道倾角为55度各个轨道平面之间相距60度即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度。轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。eq\o\ac(○,2)地面监控系统：对于导航定位来说GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行都要由地面设备进行监测和控制。eq\o\ac(○,3)GPS信号接收机：GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号并跟踪这些卫星的运行对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间解译出GPS卫星所发送的导航电文实时地计算出测站的三维位置甚至三维速度和时间。2RTK原理及作业方法GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系统。GPS定位主要利用测距交会的原理确定点位。GPS卫星发射测距信号和导航电文,导航电文中含有卫星的位置信息,用户利用GPS接收机在某一时刻同时接收3颗以上的GPS卫星信号,测量出测站P点至3颗以上GPS卫星的距离并计算出该时刻GPS卫星的空间坐标,据此利用交会法算出测站P点的位置。载波相位差分技术又称RTK（RealTimeKinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。载波相位差分技术系统配置包括三个部分：①基准站接收机。②流动站接收机，流动站还包括支持实时动态差分的软件系统。③数据链。基准站接收机设在具有已知坐标的参考点位上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站坐标、观测值卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去，流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，通过OTF算法（onthefly,即运动中快速解求模糊度的算法）解求载波相位整周模糊度，在通过相对定位模型获取所在点相对基准站的坐标和精度指标。通常RTK测量的精度能达到几个厘米。3RTK技术在农村集体土地所有权登记发证中的应用3.1布设GPS控制网中的应用传统的控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间相互通视，且精度分布不均匀。测量的首要任务，是进行全区的控制测量，它是测绘地籍图件和数据的基础。控制网点的精度和密度，主要是为满足土地权属范围的特征点，即界址点服务。根据国家颁布的《城镇地籍调查规程》要求，地籍平面控制网可布设为二、三、四等三角网、三边网及边角网，一、二级小三角网（锁入一、二级导线网及相应等级的GPS网，并且各等级地籍宇面控制网点，根据城镇规模均可作为首级控制。四等网中最弱相邻点的相对点位中误差及四等以下网最弱点（相对于起算点）的点位中误差不得超过5cm（见表1）。利用GPS技术进行地籍控制，役有常规三角网（锁）布设时要求近似等边及精度估算偏低时应加测对角线或增设起始边等繁锁要求，只要使用的GPS仪器精度与等级控制精度匹配，控制点位的选取符合GPS点位选取要求，那么所布设的GPS网精度就完全能够满足地籍规程要求。在经典三角测量的控制网中，兼顾精度、可靠性及成本费用等准则的优化设计已有许多研究成果和应用。与经典观测相比，GPS观测具有更为复杂的函数和随机模型。尽管GPS具有灵活多样的布网方式，速度快、精度高等特点，但GPS控制网的设计也存在优化问题。在GPS观测中，基线观测向量是不受通视条件限制的，由此为GPS网的优化设计提供了切实可行的条件。粗差、系统误差等模型误差是GPS网的主要误差源，而精度和可靠性是衡量GPS网的坐标参数估值受观测偶然误差影响与辩识、抵制GPS网模型误差影响能力的二个重要指标。所以，在GPS网优化设计时，应考虑到规程要求精度、仪器标称精度、控制网的可靠性准则、人员配备与预支成本费用等条件，可采用机助模拟法（也可其它方法）对GPS网的图形结构、观测量的增减进行优化设计。优化设计后的GPS测绘，更能显示出GPS卫星定位技术的高精度与高效益，并在后续测量中发挥重大作用界址点的等级限差(mm)中误差（mm）一±0.10±0.05二±0.20±0.10三±0.30±0.153.2GPS-RTK在集体土地所有权登记发证细部测量中的组织实施渭城区地处黄土高原，地势起伏不大，地形较为简单，可以充分发挥RTK技术的优势，此次农村集体土地所有权登记发证任务紧、工作量大，短时间内需将辖区内所有集体土地地籍图测绘出来，如果没有像RTK这样的技术是很难完成的。在2008年城镇地籍测量中经实测验证界址点平面中误差均小于或等于5cm，所以完全可以应用在农村集体土地所有权登记发证工作中。3.2.1基准站的选定和建立基准站的安置是顺利进行RTK测量的关键，所以在选址时应注意以下几点：（1）避免选择在有无线电、高压线等干扰强烈的地区；（2）基准站站址及数据链（LHF）电台发射天线必须具有一定的高度；（3）为避免数据链丢失以及多路径效应的影响，周围应无GPS信号衍射物，如大面积水域、大型建筑物等3.2.2外业施测由于测量任务涉及范围大，根据时间要求，我区测量任务由四个作业组同时进行，为节省人力物力，我们将全区分为两大测区，每一测区选一基准站架设仪器，两个流动站同时连接该基准站进行界址点测量。作业人员在存取界址点数据时应尽量稳住对中杆，同时画出草图，便于内业数据整理。在外业测量时，有很多干扰因素是我们无法在现场发现的，因此在测量过程中，应间隔一段时间，对流动站在就近控制点上进行一次检查，这样可以及时发现外业采集的数据有没有问题，如果出现问题，可在现场提出数据，查找错误原因4.GPS-RTK技术在应用中的缺点及应对措施GPS-RTK技术有着测量精度高、定位准确、操作简便等诸多优点，但是在测量中也受到很多条件的影响和限制，这是我们工作中需要注意的。4.1受大气电离层影响离地约100公里以上的高空大气十分稀薄，受太阳或宇宙线的辐射后，气体分子产生电离，形成电离层。大气电离层能使电磁波折射，反射，散射，吸收，严重影响微波通信，会吸收能量和引起信号畸变。一般说来，气温高，电离层活跃，RTK精度低，应避免在高温中测量。4．2环境干扰微波的自身特性导致其易受相关环境干扰，如磁场，同频噪音等，因此在利用RTK技术施测时，应避免在高压线、无线电台、电视信号发射塔、移动通信基站、大型金属建筑物，强能量噪声源等附近，同时也要保证施测点位周围垂直角15度以上天空无障碍物。4．3卫星状况限制根据GPS空间卫星群的均匀分布，任何时间和任何地点地平线以上可以至少接收到4颗GPS卫星发送出的信号，但如想得到稳定的测量精度，接收的卫星信号应达到5颗。因此，一般情况下，高山峡谷深处、密集森林区及城市高楼密布区等地区接受到的卫星信号较少，不适宜采用GPS技术测量。4．结束语实践证明，GPS-RTK具有极高的测量精度，其作业模式能进一步提高测量作业效率，降低劳动强度，节省测量费用，使测量变更更加轻松容易。随着GPS技术特别是RTK技术的发展，各个厂家相继推出了具有自主专利技术的仪器，其初始化时间越来越短，跟踪能力也越来越强，精度越来越高，可靠性越来越好，有着良好的性价比，是测量技术的一项革命性创新，为今后的土地测量提供更快捷、准确的方法，成为国土资源数字化管理工作的根本保障.参考文献［1］CJJ73一79．全球定位系统城市测量技术规程［S］．［2］CJJ8一99．城市测量规范［S］．［2］CJJ8一99．城市测量规范［S］［3］CH5002-94地籍测绘规程[S]．［4］徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民．GPS测量原理及应用．武汉大学，2003[5]刘基余，GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京：测绘出版社，1993

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