GPS-RTK在土地调查工作中的应用-(2).doc
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1、GPS-RTK在土地调查工作中的应用目 录摘要IABESTRSCTII1 绪论11.1 选题的背景与意义11.2 国内外相关技术的研究11.3 本课题讨论的主要内容12 本课题的概述22.1 GPS-RTK简介22.1.1 GPS-RTK的系统组成22.1.2 GPS-RTK的工作原理32.1.3 GPS-RTK的测量作业方法52.1.4 GPS-RTK的优缺点62.2 我国土地调查工作的现状73 土地调查工作中的GPS-RTK技术73.1 土地调查的准备工作83.1.1 收集土地权属的原始资料83.1.2 宗地权属的调查与公布93.2 数据的采集与处理103.2.1 坐标转换103.2.2
2、外业测量作业113.2.3 内业数据处理133.3 测量中存在的问题与应对措施144 数据成果的分析处理154.1 精度分析154.1.1 点位精度要求154.1.2 误差来源164.1.3 粗差184.1.4 措施184.2 数据的建库储存194.2.1 地籍数据库内容194.2.2 数据入库处理194.2.3 数据库的建立205 结论21致 谢22参考文献23GPS-RTK在土地调查工作中的应用 摘 要RTK( Real Time Kinematic, 实时动态)技术是在GPS基础上发展起来的, 能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维坐标,并在一定的范围内达到厘米精度的一种新的GPS定位测
3、量方式。GPS测量技术中的载波相位实时动态测量RTK技术因为它对工作环境要求低、定位精度高、数据安全可靠、减少误差积累、数据处理简捷、操作简便以及作业效率高等优势,在测绘领域得到越来越广泛的应用, GPS技术在土地利用更新调查中更是有着广阔的应用前景。本文论述了RTK技术的系统组成、基本原理、作业流程,简要介绍了RTK技术的控制测量、碎步测量、土地的地籍动态监测中的应用,对RTK在土地调查测量中的应用实例进行了探讨,指出了RTK技术在实际应用中应该注意的事项,对相关的测绘实践技术具有一定的实际意义。关键词 GPS-RTK 土地调查 精度 地籍测量 THE APPLICATION OF GPS-
4、RTKIN THE LAND SURVEY WORKABESTRSCT RTK (Real Time Kinematic, real-time dynamic) technology is developed on the basis of GPS, the 3D coordinates can be real-time mobile stations in the specified coordinates, and achieve a new way of measuring GPS cm precision in a certain range. GPS measurement of t
5、he carrier phase real-time dynamic measurement of RTK technology because of its low requirement of working environment, high positioning accuracy, data security and reliability, reduce the error accumulation, data processing is simple, easy operation and high operation efficiency advantage, is appli
6、ed more and more widely in the field of Surveying and mapping, GPS Technology to the updating investigation of land use in the there is a broad application prospect. This paper discusses the RTK system composition, basic principle, operation process, the paper introduces the RTK technology control m
7、easurement, measurement, scattered land cadastral dynamic monitoring applications, examples of application of RTK in land survey measurement are discussed in this paper, the RTK technology should be paid attention to in the practical application, it has certain practical significance for the practic
8、e of Surveying and mapping technology related.KEY WORDS GPS-RTK,Land Survey ,Degree of Accuracy ,Cadastral Surveying II1 绪论1.1 选题的背景与意义 全国本次土地调查的农村集体土地地籍测量,是查清土地权属以及利用状况,查清各宗地权属、面积、地类和位置等情况,查清各类土地的利用现状,为各个土地承包责任人的土地权属确权,并颁发土地证,为土地使用制度改革提供基础资料,为国民经济可持续发展提供保证。本文论述了采用GPS-RTK技术在农村集体土地调查地籍测量中的应用,并介绍了RTK技
9、术原理和RTK 的应用特点。 1.2 国内外相关技术的研究 目前国内外关于土地调查的研究、土地调查工作的技术流程、数据的采集和质量保证、土地调查数据库的建设以及3S技术在土地调查中的应用等方面进展很大。我国的研究水平基本能够与时俱进,甚至超越了国际水平,这对我国的土地调查工作有着重要的理论和现实意义。但目前我国的土地调查工作还存在的一些问题,如:1.对土地调查成果评价与应用不足。 2.城镇土地调查和农村土地调查调查目、调查手段、调查范围、精度要求都有较大的区别,造成了工作量大、重复工作多、数据共享难等问题。3.矿产资源开采区土地破坏严重、土地调查不及时、土地信息现势性差、耕地破坏补偿标准不等。
10、4.土地调查注重土地数量面积、利用状况、土地权属的方面的调查,但如今我国土地破坏严重,生态环境的恶化也越来越严重。这些问题严重制约着我国的土地管理工作的进展。针对这些问题,国内外的研究非常少。1.3 本课题讨论的主要内容 本课题主要研究的是以下几个方面:一、 GPS-RTK的系统组成及工作原理二、国内外对于GPS-RTK在土地调查工作应用的研究三、GPS-RTK在土地调查中的应用 1、坐标转换 2、外业测量方法 3、内业数据处理 4、数据误差分析与对应措施 四、数据的储存与建库2 本课题的概述 本章节主要介绍RTK的系统组成、工作原理以及应用方法,阐述RTK技术的发展及应用前景,同时对测绘工作
11、人员也有一些积极的参考和借鉴价值。2.1 GPS-RTK简介2.1.1 GPS-RTK的系统组成 GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户接收部分(即GPS接收机)的三部分组成。RTK系统是建立在GPS系统的基础上,其组成包括基站、流动站、数据通信链、RTK软件和通讯系统,通俗地说,就是用多台GPS接收机和天线组成的一个小区域网形测量系统。其中,基准站包括GPS接收机、GPS天线、无线电通讯发射设备、供GPS接收机和无线电通讯设备使用的电源及基站控制器等;流动站由GPS 天线、GPS 接收机、电源、无线电通讯接收设备及流动站显示控制等部件组成。基准站接收机应架设在已知坐标点上,相当于用全站仪测
12、设时设置的已知点位置。基准站类似于数据中转站,它将接收到的有关GPS卫星信号数据进行再传播,如接收卫星数、测站点的坐标、坐标精度等,实现整个系统中数据共享,这样能大大提高作业效率。这样,移动站就能接收到GPS卫星信号和基准站发射的数据,并用RTK软件快速算出整周模糊度,利用相对定位模型算出测站点相对于基准站的坐标以及精度。这个动态相对定位的工作流程如下图所示:GPS信号电 台发 射接 收流动站接收机流动站参数GPS信号解求两站间实时基线解求流动站实时坐标(WGS84)坐标转换高程拟合流动站三维坐标基准站接收机基准站信息用 户图2-1.工作流程2.1.2 GPS-RTK的工作原理GPS (Glo
13、bal Positioning System)即为全球定位系统,其工作原理就是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离,然后综合多颗卫星的数据就可以得到接收机的具体位置。RTK技术是建立在GPS系统的基础上,是以载波相位测量为基础的实时差分GPS测量技术,是在GPS测量技术中应用比较广泛的一种,是GPS测量技术的一个突破性发展,其工作原理也是基于GPS卫星的定位原理。GPS卫星定位原理是采用无线电交会测距原理,通过卫星这个媒介,把地面设备发射的无线电信号传递给三颗以上的卫星,再由卫星反馈给地面接收设备,通过数据解算等方法交会出地面测站点的三维位置坐标;因为只要有GPS接收设备就能接收GPS卫
14、星信号,所以我们也可以由接收机获得卫星的空间位置,当接收到三颗以上卫星的信号时,可以得到测站点到各个卫星的距离,并通过卫星星历解算出卫星的空间坐标,交会解算出测站点的三维坐标。现在通过一个方程公式解释一下交会法解算三维坐标的过程。现假设在t时刻,在测站点同时得到测站点到三颗卫星的距离分别是S1、S2、S3,由导航电文、星历等解算出该时刻的各个卫星的坐标分别是(Xi,Yi,Zi),i=1,2,3。其公式如下: (2-1)RTK(Real Time Kinematic)技术是利用载波相位差分观测值的动态相对定位技术,是GPS载波实时差分技术的简称。因为不受天气等外在因素的影响,该技术能够实时动态地
15、提供测站点三维坐标数据,并且能保证数据的精度达到厘米级。RTK又可分为修正法和差分法:修正法是将基准站的载波相位修正值发送给移动站,移动站接收载波相位,经改正后再求解出坐标,这称为准RTK;差分法是把由基准站采集到的载波相位,并把误差改正数及时发送给移动站,然后再求解出坐标,这种方法称为真正的RTK,其定位精度也大大提高。GPS-RTK测量技术是建立在在WGS-84坐标系中的,而地籍测量是在本地坐标系上进行的,这就需要对流动站点进行坐标转换。坐标转换的一种方法是用至少3个以上同时拥有WGS-84地心坐标和本地坐标的已知点,求解出7个转换参数。其数学公式模型为: (2-2)式中:为两个坐标系统的
16、三个平移参数;为两个坐标系统的旋转参数;两个坐标系统的尺度参数。3简化求解方法是:在忽略7个参数的尺度比和旋转参数时,可求出3个平移参数,即令为1,均为0即可。其简化公式为: (2-3)仅求出3个平移参数,仍可以满足一定精度要求的转换参数。42.1.3 GPS-RTK的测量作业方法作业方法包括:基准站的设置、流动站的设置、野外测点的校正。将一台GPS接收机作为基准站,在GPS控制手薄中输入必要数据和参数,再设置一台或几台GPS接收机作为流动站,进行地籍碎部测量。可见RTK技术操作简单,速度快,精度高。这不仅提高了工作效率,而且也节省了人力、物力。在作业过程中,基准站和流动站都能同时接收卫星信号
17、。其特点是,基准站可以通过其电台,把接收到的卫星信号发送到流动站,然后流动站将接收到的卫星信号与基准站的信号传输到控制手薄,经过实时差分和平差处理,能实时动态得到本站点的三维坐标、精度指标、接收到的卫星参数等数据,并能将得到的数据精度与预设数据精度作比较,提示数据精度是否达到预设要求,从而保证数据精度不超限。当仪器提示信号是固定解时,即可采集数据并保存;若出现浮动解或者信号失锁时,应待信号稳定,出现固定解时再采集数据。定位方法有以下几种:(1)快速静态定位(以双基准站法为例)。在一段观测时间内,将两台接收机固定在某两测站上作为基准站,并一直保持对卫星的连续跟踪。同时,其余接收机在一定范围内流动
18、设站观测,以求定该测站与两基准站间的基线向量2。其后利用观测的已知点的WGS-84坐标和相应的地方坐标根据一定的数学模型进行转换。这种方法基准站不一定要安置在已知点上,但根据不同的转换方法,需要测量一定数量已知点。(2)准动态定位。应选择一基准站安置一台GPS接收机,该接收机连续跟踪所有可见卫星。将另一台接收机置于初始点上,观测数分钟,以求出整周未知数。然后在保持对所有卫星连续跟踪的条件下,将该接收机搬至下一待定点,观测12min后,再保持对卫星的连续跟踪的条件下迁至另一待定点。重复这种操作直至测完所有待定点。如果观测过程中,卫星信号中断,应在该站再停留数分钟,重新确定整周未知数。由于不够方便
19、,随着GPS定位技术和接收机制造技术的发展,目前已较少采用这种作业模式5。(3)差分相对定位。把用静态观测求得的WGS-84坐标和地方坐标传到手薄中,进行转换,也可以置入静态观测平差时求取的转换参数。该方法基准站需架设在已知点上,但可以不观测其他已知点。设置一台GPS接收机作为基站,并将一些必要的数据,如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS控制手薄,一台或几台GPS接收机作为流动站。基准站和流动站能同时接受卫星发射信号,基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站,流动站将接受到的卫星信号与基站发的信号传输到手薄,进行实时差分平差处理,实时得到本站的坐标和高程及其精度指标等,并随
20、时将实测精度和预测精度指标作比较,一旦实测精度达到预设精度指标的要求,手薄将提示测量人员是否接受该结果,然后手薄将得到的坐标,高程及精度同时存储到手薄中8。2.1.4 GPS-RTK的优缺点 从工程测量的应用中,我们可以看到GPS-RTK测量技术的优越性,这充分显示了此种卫星定位技术高精度和高效益的特点。(1)因为其定位精度高、作业效率高等优势,所以在土地测量中应用GPS-RTK测量技术,节约人力成本和投入,同时也拓宽了GPS测量技术的应用范围。(2)此技术操作简单,不受环境约束,能全天候全天时使用。(3)用RTK技术测出界址点的坐标,即可确定界址线、画出宗地图、计算出宗地权属面积。(4)GP
21、S -RTK 测量技术操作简便,能实时测设,动态监测,将土地权属信息入库存档,数字化信息的管理与共享,这样做到能保证土地权属信息的及时更新,极大提高了土地信息的监管水平的应用。(5)因为其图形强度系数较高,采用GPS方法布设大地控制网,能够有效地提高点位测设的速度,而且便于网形优化。但在GPS也有它的缺点或者不足之处。比如,信号容易受到干扰导致接收数据出现误差,信号容易被反射等。因此,在GPS测设不方便的地方或者容易受干扰的地方,可以采用全站仪等其他仪器与GPS进行联测,这样就可以互补不足,相得益彰,得到更精确的数据成果。2.2 我国土地调查工作的现状我国是农业型国家,土地对于国家和人民都是至
22、关重要的,我国自古就有关于土地的统计测量方法。随着科技的发展和进步,我国的测量技术也逐渐赶上国外先进水平,特别是现在的北斗导航系统,逐渐完善并能替代 GPS 导航系统,形成我国独立的导航系统。我国也极为重视土地的利用和权属变更,尤其是最近开展的农村集体土地权属调查确权工作。受技术因素的制约,传统的野外测量方法是简易补测法或平板仪补测法。近代土地利用测量监测采用了航测技术、卫星遥感技术、光电技术下的全站仪。虽然这些先进技术有很大的优越性,但是仍有不足之处,所以我们采用传统技术与遥感航测技术相结合的方法进行联测。简易补测法就是利用变更地物与周围明显地物之间的相关位置关系,比较法、截距法、延长线截距
23、法、距离交会法、直角坐标法等几何方法,采用皮尺或者钢尺来进行实测丈量。简易补测法只适用于小范围内的土地变更,而且变更地物周围有明显地物点的情况。但是平板仪补测法速度慢、效率低、容易受到外部环境影响,导致精度不稳定,影响测量成果的质量。采用GPS卫星定位技术,能提高作业速度和精度,省工省时,能较快实现土地变更信息的更新。目前我国土地动态监测系统还不完善,GPS 技术的应用正好能弥补这些缺陷,这大大加快了我国土地动态监测的进程,为形成以后实时高效的动态监测体系奠定基础。随着我国科技的日益发展,在土地测量与监管工作中,我们越来越多地应用航测、遥感、地理信息系统、GPS 定位技术(3S技术)等先进技术
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