探讨GPS技术在地形、地籍测绘中的应用
来源：UC论文网2015-12-01 18:14
摘要：
摘要:GPS的出现给测绘领域带来了根本性的变革，具体应用在地形、地貌测量方面，GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。通过对
摘要:GPS的出现给测绘领域带来了根本性的变革，具体应用在地形、地貌测量方面，GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。通过对GPS的新技术包括RTK技术和CORS技术的应用，很大程度上提高了工作效率，保证了我们成果的精度和质量。
关键词:GPS，地形，地籍，测绘
1.GPS测量的特点
GPS可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。GPS测量主要特点如下：
1.1功能多、用途广
GPS系统不仅可以用于测量、导航，还可以用于测速、测时。测速的精度可达0.1m/s，测时的速度可达几十毫微妙。其应用领域不断扩大。
1.2定位精度高
大量的实验和工程应用表明，用载波相位观测量进行静态相对定位，在小于50km的基线上，相对定位精度可达1×10-6~2×10-6，而在100~500km的基线上可达10-6~10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于1000km的距离上，相对定位精度达到或优于10-8。
在实时动态定位（RTK）和实时差分定位（RTD）方面，定位精度可达到厘米级和分米级，能满足各种工程测量的要求。其精度如表1所示。随着GPS定位技术及数据处理技术的发展，其精度还将进一步提高。
表1GPS实时定位、测速与测时精度
采用的测距码 P码 C/A码 L1L2
单点定位（m） 5~10 10~15
差分定位（m） 1 3~5 0.02
测速（m/s） 0.1 0.3
测时（ns） 100 500
1.3实时定位
利用全球定位系统进行导航，即可实时确定运动目标的三维位置和速度，可实时保障运动载体沿预定航线运行，亦可选择最佳路线。特别是对军事上动态目标的导航，具有十分重要的意义。
1.4观测时间短
目前，利用经典的静态相对定位模式，观测20Km以内的基线所需观测时间，对于单频接收机在1h左右，对于双频接收机仅需15～20min。采用实时动态定位模式，流动站初始化观测1～5min后，并可随时定位，每站观测仅需几秒钟。利用GPS技术建立控制网，可缩短观测时间，提高作业效益。
1.5.观测站之间无需通视
经典测量技术需要保持良好的通视条件，又要保障测量控制网的良好图形结构。而GPS测量只要求测站15°以上的空间视野开阔，与卫星保持通视即可，并不需要观测站之间相互通视，因而不再需要建造觇标。这一优点即可大大减少测量工作的经费和时间（一般造标费用约占总经费的30%~50%）。同时，也使选点工作变得非常灵活，完全可以根据工作的需要来确定点位，可通视也使电位的选择变得更灵活，可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
不过也应指出，GPS测量虽然不要求观测站之间相互通视，但为了方便用常规方法联测的需要，在布设GPS点时，应该保证至少一个方向通视。
1.6可提供全球统一的三维地心坐标
经典大地测量将平面和高程采用不同方法分别施测。GPS测量中，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测量观测站的大地高程。GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。
GPS定位是在全球统一的WGS—84坐标系统中计算的，因此全球不同点的测量成果是相互关联的。
1.7全球全天候作业
GPS卫星较多，且分布均匀，保证了全球地面被连续覆盖，使得在地球上任何地点、任何时候进行项观测工作，通常情况下，除雷雨天气不宜观测，一般不受天气状况的影响。因此，GPS定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革；另一方面，也进一步加强了测量学与其他学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。
2.RTK和CORS技术在地形、地籍控制测量的应用
用常规的测图方法（如用经纬仪、全站仪等）通常是先布设控制网点，这种控制网一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点。最后依据加密的控制点和图根控制点，测定地物点和地形点在图上的位置并按照规范的要求和符号绘制成地形、地籍平面图。这种方法不仅费工费时，而且要求控制点间要通视，内业平差任务较大。采用常规的GPS静态测量方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，而且测量时间较长。如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK和CORS来进行控制测量，只需进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(如伪距或相位观测值)及已知数据(如基准站点坐标)实时传输给流动站GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到五颗卫星后，可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。这比常规控制测量相比仅需一人操作，还能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。
3.RTK和CORS技术在地形、地籍测图应用
常规地形、地籍测图一般是首先根据控制点和加密图根控制点，然后在控制点上用经纬仪结合小平板测图法或用平板仪测图法测绘地形图。近几年发展到用全站仪和电子手簿采用地物编码的方法，利用测图软件测绘地形图。但都要求测站点与被测的周围地物地貌等碎部点之间通视，而且至少要求2-3人操作。采用RTK和CORS技术进行测图时，只需一人和一台流动站，在要测的碎部点上呆上几秒钟，在点位精度合乎要求的情况下，就可以把一个区域内的地形和地物点位测定后回到室内，由专业绘图软件进行内业处理就可以输出所要求的地形、地籍图。用RTK、CORS技术测定点位不要求控制点和碎部点之间通视，仅需一人操作，便可完成测量工作，大大提高了测量的工作效率。
4.RTK和CORS技术在地籍定界和界址放样应用
常规的地籍定界和放样一般首先在控制点上架设经纬仪，根据计算好的方向角加钢卷尺量距进行定界和放样，近几年发展到用架设全站仪进行定界和放样。但都要求控制点和界址点之间通视，而且至少要求2-3人操作。而采用RTK和CORS技术可以实时的测定界桩位置，确定土地使用界限范围，而且可以用GPS的电子手簿观测到的界桩坐标来计算用地面积。利用RTK和CORS技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样（只需要在内业设计好的界址点坐标输入GPS电子手簿内，在外业用GPS流动站的提示直接可以找到设计点的实际坐标），来进行界桩放样，不受控制点和放样点是否通视的限制，在界桩放样时可以面积量算，实际上由GPS软件中的面积计算功能直接计算并进行检核。避免了常规的解析法放样没有面积检核可能出现的错误，减少了地籍定界和界址放样的工作时间，保证了产品的质量。
5、结语
伴随着光电技术、GPS新技术（RTK和CORS）及计算机技术的发展和在测绘中的普遍应用，测绘的作业方式和应用领域也已发生了重大变化，传统的作业方式已经不能完全适合测绘工作的需要。这就要求我们要刻苦学习测绘方面的新知识和新方法，为我国的测绘工作向数字化、信息化发展作出自己应有的贡献！
关键词:GPS，地形，地籍，测绘
1.GPS测量的特点
GPS可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。GPS测量主要特点如下：
1.1功能多、用途广
GPS系统不仅可以用于测量、导航，还可以用于测速、测时。测速的精度可达0.1m/s，测时的速度可达几十毫微妙。其应用领域不断扩大。
1.2定位精度高
大量的实验和工程应用表明，用载波相位观测量进行静态相对定位，在小于50km的基线上，相对定位精度可达1×10-6~2×10-6，而在100~500km的基线上可达10-6~10-7。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于1000km的距离上，相对定位精度达到或优于10-8。
在实时动态定位（RTK）和实时差分定位（RTD）方面，定位精度可达到厘米级和分米级，能满足各种工程测量的要求。其精度如表1所示。随着GPS定位技术及数据处理技术的发展，其精度还将进一步提高。
表1GPS实时定位、测速与测时精度
采用的测距码 P码 C/A码 L1L2
单点定位（m） 5~10 10~15
差分定位（m） 1 3~5 0.02
测速（m/s） 0.1 0.3
测时（ns） 100 500
1.3实时定位
利用全球定位系统进行导航，即可实时确定运动目标的三维位置和速度，可实时保障运动载体沿预定航线运行，亦可选择最佳路线。特别是对军事上动态目标的导航，具有十分重要的意义。
1.4观测时间短
目前，利用经典的静态相对定位模式，观测20Km以内的基线所需观测时间，对于单频接收机在1h左右，对于双频接收机仅需15～20min。采用实时动态定位模式，流动站初始化观测1～5min后，并可随时定位，每站观测仅需几秒钟。利用GPS技术建立控制网，可缩短观测时间，提高作业效益。
1.5.观测站之间无需通视
经典测量技术需要保持良好的通视条件，又要保障测量控制网的良好图形结构。而GPS测量只要求测站15°以上的空间视野开阔，与卫星保持通视即可，并不需要观测站之间相互通视，因而不再需要建造觇标。这一优点即可大大减少测量工作的经费和时间（一般造标费用约占总经费的30%~50%）。同时，也使选点工作变得非常灵活，完全可以根据工作的需要来确定点位，可通视也使电位的选择变得更灵活，可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
不过也应指出，GPS测量虽然不要求观测站之间相互通视，但为了方便用常规方法联测的需要，在布设GPS点时，应该保证至少一个方向通视。
1.6可提供全球统一的三维地心坐标
经典大地测量将平面和高程采用不同方法分别施测。GPS测量中，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测量观测站的大地高程。GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。
GPS定位是在全球统一的WGS—84坐标系统中计算的，因此全球不同点的测量成果是相互关联的。
1.7全球全天候作业
GPS卫星较多，且分布均匀，保证了全球地面被连续覆盖，使得在地球上任何地点、任何时候进行项观测工作，通常情况下，除雷雨天气不宜观测，一般不受天气状况的影响。因此，GPS定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。一方面，它使经典的测量理论与方法产生了深刻的变革；另一方面，也进一步加强了测量学与其他学科之间的相互渗透，从而促进了测绘科学技术的现代化发展。
2.RTK和CORS技术在地形、地籍控制测量的应用
用常规的测图方法（如用经纬仪、全站仪等）通常是先布设控制网点，这种控制网一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点。最后依据加密的控制点和图根控制点，测定地物点和地形点在图上的位置并按照规范的要求和符号绘制成地形、地籍平面图。这种方法不仅费工费时，而且要求控制点间要通视，内业平差任务较大。采用常规的GPS静态测量方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，而且测量时间较长。如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK和CORS来进行控制测量，只需进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(如伪距或相位观测值)及已知数据(如基准站点坐标)实时传输给流动站GPS接收机，流动站快速求解整周模糊度，在观测到五颗卫星后，可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。这比常规控制测量相比仅需一人操作，还能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。
3.RTK和CORS技术在地形、地籍测图应用
常规地形、地籍测图一般是首先根据控制点和加密图根控制点，然后在控制点上用经纬仪结合小平板测图法或用平板仪测图法测绘地形图。近几年发展到用全站仪和电子手簿采用地物编码的方法，利用测图软件测绘地形图。但都要求测站点与被测的周围地物地貌等碎部点之间通视，而且至少要求2-3人操作。采用RTK和CORS技术进行测图时，只需一人和一台流动站，在要测的碎部点上呆上几秒钟，在点位精度合乎要求的情况下，就可以把一个区域内的地形和地物点位测定后回到室内，由专业绘图软件进行内业处理就可以输出所要求的地形、地籍图。用RTK、CORS技术测定点位不要求控制点和碎部点之间通视，仅需一人操作，便可完成测量工作，大大提高了测量的工作效率。
4.RTK和CORS技术在地籍定界和界址放样应用
常规的地籍定界和放样一般首先在控制点上架设经纬仪，根据计算好的方向角加钢卷尺量距进行定界和放样，近几年发展到用架设全站仪进行定界和放样。但都要求控制点和界址点之间通视，而且至少要求2-3人操作。而采用RTK和CORS技术可以实时的测定界桩位置，确定土地使用界限范围，而且可以用GPS的电子手簿观测到的界桩坐标来计算用地面积。利用RTK和CORS技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样（只需要在内业设计好的界址点坐标输入GPS电子手簿内，在外业用GPS流动站的提示直接可以找到设计点的实际坐标），来进行界桩放样，不受控制点和放样点是否通视的限制，在界桩放样时可以面积量算，实际上由GPS软件中的面积计算功能直接计算并进行检核。避免了常规的解析法放样没有面积检核可能出现的错误，减少了地籍定界和界址放样的工作时间，保证了产品的质量。
5、结语
伴随着光电技术、GPS新技术（RTK和CORS）及计算机技术的发展和在测绘中的普遍应用，测绘的作业方式和应用领域也已发生了重大变化，传统的作业方式已经不能完全适合测绘工作的需要。这就要求我们要刻苦学习测绘方面的新知识和新方法，为我国的测绘工作向数字化、信息化发展作出自己应有的贡献！
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