差分GPS技術(shù)在地籍測量中的應(yīng)用

1、差分GPS技術(shù)在地籍測量中的應(yīng)用張顯峰崔偉宏摘要：提出了運(yùn)用移動差分 GPS技術(shù)獲取土地利用變化信息的新方法。 該方法在包頭市郊區(qū)縣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明與傳統(tǒng)測量方法相比，具 有快速、準(zhǔn)確，操作簡便的優(yōu)點(diǎn)，GPS數(shù)據(jù)輸入GIS，可以快速成圖。 關(guān)鍵詞：地籍測量；DGPS應(yīng)用中圖分類號：P271文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：0494-0911(2000)06-0004-03Application of Differential GPS Technology to Cadastral Survey表1兩種差分方式的比較差分方式觀測量初始化時(shí)間失鎖后重新 鎖定衛(wèi)星精度成本操作RTK載波相位數(shù)分鐘長厘M級高

2、較復(fù)雜后處理 移動 差分C/A偽距、載波相位多 譜勒觀測量數(shù)秒很短M級低簡單基于以上考慮，我們采用后處理移動差分方式來獲取土地利用的變 化數(shù)據(jù)。目前市場上的GPS接收機(jī)中大部分都具有移動差分功能，例如 Magellan公司的Mark X系列，Trimble公司的4000GEO?。在比較各 公司產(chǎn)品的綜合性能和價(jià)格性能比基礎(chǔ)上，選取Magellan公司的Promark X-CM接收機(jī)作為測量工具。該機(jī)具有 10個(gè)接收通道，可接收 L1載波和C/A碼觀測量，并具有接收 RTCMS分信息的功能，可進(jìn)行位 置差分，偽距靜態(tài)差分，移動差分，載波相位差分和實(shí)時(shí)動態(tài)差分。機(jī) 器自帶4 Mb內(nèi)存，能連續(xù)觀測記

3、錄30 h偽距碼或8 h載波相位數(shù)據(jù), 對野外連續(xù)作業(yè)十分方便，此外隨機(jī)配備的差分處理軟件功能強(qiáng)大，提 供多種數(shù)據(jù)接口和坐標(biāo)系統(tǒng)。四、GPS外業(yè)測量工作的實(shí)施目前，我國已經(jīng)制定出全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范，由于將 差分GPS運(yùn)用于大地測量尚處于研究階段，沒有相關(guān)的規(guī)程出臺。筆者 曾在內(nèi)蒙古包頭市郊區(qū)縣(面積2 083 km2)進(jìn)行了 GPS野外測量，獲取 土地利用變化數(shù)據(jù)。綜合上述工作，總結(jié)出運(yùn)用差分GPS8行土地利用調(diào)查的實(shí)施方法與步驟。1. 測量前的準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作包括熟悉Promark X-CM GPS接收機(jī)的操作，差分處理軟 件的熟練使用，制定野外測量操作規(guī)程及組建作業(yè)隊(duì)伍等。在分

4、析土地 利用調(diào)查的各種復(fù)雜情況基礎(chǔ)上，制定出適合 GPS測量特點(diǎn)的操作規(guī) 程。此外，測量隊(duì)伍的組建也很關(guān)鍵，一個(gè)作業(yè)隊(duì)?wèi)?yīng)該至少由 3 人組 成，儀器操作員，記錄員和導(dǎo)航員。記錄員由了解國家土地詳查規(guī)程的 人員充當(dāng)，導(dǎo)航員由當(dāng)?shù)剜l(xiāng)級土地員或村干部充當(dāng)，其職責(zé)是尋找變化 地塊。儀器操作員的任務(wù)是操作 GPS接收機(jī)，監(jiān)視工作狀態(tài)是否正常。2. 現(xiàn)有測繪控制網(wǎng)的評價(jià)與加密如果是單機(jī)絕對定位，GPSM量是不需要任何測繪控制點(diǎn)的，但考 慮到差分計(jì)算的要求以及將 GPS數(shù)據(jù)與土地詳查等GIS數(shù)據(jù)疊加配準(zhǔn)時(shí) 需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，所以，測區(qū)內(nèi)必須有一定數(shù)量的測繪控制點(diǎn)。如果 測區(qū)內(nèi)已有足夠數(shù)量的 WGS 84 G

5、P控制點(diǎn)和北京54坐標(biāo)控制點(diǎn)，則完 全滿足我們的需要，至于測繪控制點(diǎn)的精度，即使是E級控制點(diǎn)，其常量誤差為土 10 mm相對誤差為土 2OX1O-6D,足以滿足農(nóng)村地籍測量需 要。如果測區(qū)內(nèi)沒有GPS測繪控制點(diǎn)，或密度不夠?？梢杂?GPS靜態(tài)差 分定位技術(shù)進(jìn)行引點(diǎn)或加密。測繪控制點(diǎn) （ 網(wǎng)） 的建立或加密的具體方法 參見有關(guān)文獻(xiàn)。3. 測量中數(shù)據(jù)組織與編碼一般說來，用一臺GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，測站 GPS接收機(jī)則有數(shù) 臺，同時(shí)進(jìn)行測量。為了避免差分處理時(shí)數(shù)據(jù)管理混亂，我們對每臺移 動測站GPS接收機(jī)進(jìn)行編碼，如1號，2號，3號，N號，在每一臺移動接收機(jī)進(jìn)行測量時(shí)，其數(shù)據(jù)文件名需包含日期、機(jī)號

6、、文件序 號等信息，這樣便于數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理和存檔管理。如文件名為 07160305.mob,表示測量時(shí)間為7月16 日，3號機(jī)第5個(gè)數(shù)據(jù)文件。此外，在野外測量中除采集變化邊界的空間坐標(biāo)外，還要采集權(quán) 屬，土地利用類型等屬性信息。因此在測量前應(yīng)該對各屬性進(jìn)行統(tǒng)一編 碼。編碼原則應(yīng)該與土地詳查中的編碼原則一致。4. 基準(zhǔn)站的建設(shè)如果測區(qū)內(nèi)有足夠數(shù)量的 GPSM量控制點(diǎn)，將基準(zhǔn)站設(shè)置在測區(qū)中 心位置?；鶞?zhǔn)站周圍要求無高大建筑物、樹木等地物的遮擋，無強(qiáng)的電 磁干擾（如變電站、高壓線等）。用三角架將GPS抗多路徑效應(yīng)的天線架 在已知點(diǎn)上，并將三角架的水平與垂直方向調(diào)平對準(zhǔn)已知點(diǎn)。天線用專 用電纜與GPS

7、接收機(jī)相聯(lián)。打開GPS接收機(jī)進(jìn)行初始化，設(shè)置采樣率 （大于或等于移動站 ） 和天線視角 （基準(zhǔn)站一般為 10）等參數(shù)。一旦準(zhǔn) 備工作完成，即可開始采樣（對ProMark X-CM來說，選用dif+2模 式）。如果測區(qū)內(nèi)沒有任何測量控制點(diǎn)，則需從測區(qū)外的已知點(diǎn)引點(diǎn)建立 控制點(diǎn) （引點(diǎn)時(shí)最好有兩個(gè)點(diǎn)，其中一點(diǎn)用做檢驗(yàn) ）；如果測區(qū)面積大， 控制點(diǎn)太少，則需要進(jìn)行加密。5. 變化圖斑的識別與標(biāo)識 土地利用變更調(diào)查只需調(diào)查土地利用屬性發(fā)生變化的地塊，測量它們的變化邊界和登記變化屬性。為了加速測量工作，在測量之前應(yīng)該先 識別出變化地塊的大致位置并標(biāo)識在圖上，供野外測量中使用。在本工 程中，通過遙感數(shù)據(jù)與

8、 1992 年的土地詳查數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合分析來發(fā)現(xiàn)變 化地塊的空間分布。對于那些通過遙感手段不能發(fā)現(xiàn)的變化，可以根據(jù) 用地申報(bào)文檔和現(xiàn)場詢問的辦法來識別。6. 利用移動站GPS接收機(jī)采集數(shù)據(jù) 根據(jù)土地變更調(diào)查的要求，需要采集兩類數(shù)據(jù)：一是變化地塊的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)；二是屬性數(shù)據(jù)如權(quán)屬、利用類型等。測量前打開GPS接收機(jī)，鎖定 4顆以上衛(wèi)星，進(jìn)入 Setup 菜單進(jìn)行初始化，設(shè)置采樣率和天 線視角。移動站和天線視角最好大于基準(zhǔn)站的天線視角，一般來說，移 動站離基準(zhǔn)站的距離每增加100 km,移動站的天線視角就增加1,這 樣保證移動站的所有可見GPS衛(wèi)星都包含在基準(zhǔn)站的可見衛(wèi)星中。當(dāng)初 始化完成后即可開始

9、移動測量。GPSS收機(jī)可由人手持步行，或放在自 行車、摩托車、汽車等載體上。根據(jù)筆者的實(shí)驗(yàn)，當(dāng) GPS接收機(jī)放在時(shí) 速為 60 km 的汽車上進(jìn)行測量時(shí),對精度沒有影響。在測量中,天線要 架在一個(gè)支撐桿上，舉過人的頭頂垂直移動天線，避免嚴(yán)重的地物遮 擋。如果發(fā)生這種情況，可能導(dǎo)致跟蹤的衛(wèi)星數(shù)目小于 4 個(gè)，不能進(jìn)行 3 維定位?？紤]到衛(wèi)星在空間的幾何分布等因素，要求測站必須觀測 4 顆以上的衛(wèi)星。否則應(yīng)該將不能進(jìn)行 3 維定位的數(shù)據(jù)從序列中剔除，以 免影響差分結(jié)果。每測一個(gè)地物，同時(shí)填寫野外記錄表。1. 線狀地物。諸如水渠、道路等線狀地物，在測量中應(yīng)該將天線 放置在其中心線，移動測量，并記錄下

10、該線狀地物的屬性信息，并輸入 GPS接收機(jī)。2. 面狀地物。在土地利用調(diào)查中，面積地物即地塊是最重要的測 量對象。如果一個(gè)地塊的部分發(fā)生了用地類型的變化，則需對變化邊界 進(jìn)行測量。從變化邊界的起點(diǎn)開始，沿邊界移動天線至終點(diǎn)。終止當(dāng)前 文件的記錄，形成一個(gè)封閉的多邊形。3. 點(diǎn)狀地物。如果有點(diǎn)狀地物如界樁、控制點(diǎn)等需要測量，最好 采取靜態(tài)差分的方法記錄數(shù)據(jù)，這樣能夠達(dá)到厘 M級的精度。4. 屬性數(shù)據(jù)。GPS最初設(shè)計(jì)是用來定位的，而不是用來采集 GIS 數(shù)據(jù)的。在GIS中，屬性數(shù)據(jù)與地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)同樣重要。就目前來看， GPS不具備屬性數(shù)據(jù)采集功能，只能通過其他方式來采集。坐標(biāo)的采集 和屬性的采集沒

11、有很好地集成到 GPS接收機(jī)上，它們之間的關(guān)聯(lián)是通過 在GIS內(nèi)部交互式編輯來完成的。不過，許多 GPS接收機(jī)生產(chǎn)廠家開始 改變這種現(xiàn)狀。Trimble公司采取用一臺便攜式計(jì)算機(jī)與 GPSS收機(jī)相 連，通過 Geolink 軟件來負(fù)責(zé)屬性數(shù)據(jù)的采集。這種方法的不足在于屬 性采集工具與GPS接收機(jī)集成差，增加了野外作業(yè)難度。在本工程中，根據(jù)土地利用變更調(diào)查的特點(diǎn)，啟用 Promark X-CM接收機(jī)中，每開始 一個(gè)新文件名時(shí)，可以輸入 72 個(gè)字符的文件描述信息。借此功能，我 們在開始移動采集數(shù)據(jù)前，輸入地塊變化邊界的左右地塊屬性，通過這 種辦法，在內(nèi)業(yè)處理中可以識別測量地塊的屬性信息，通過交互

12、編輯賦 給圖斑。7. 內(nèi)業(yè)差分處理 內(nèi)業(yè)差分處理的任務(wù)是根據(jù)基準(zhǔn)站和移動站得到的觀測量，按某種差分算法解算出移動測站在WGS 84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。MSTAI是隨 Promark X-CM型GPS接收機(jī)配備的差分后處理軟件。MSTA提供四種差 分方法，位置差分、偽距靜態(tài)差分、移動差分和厘 M級的載波相位差 分。本工程中利用移動差分功能對野外獲取的土地利用變化數(shù)據(jù)，精度 為 2土 5 m。五、結(jié)論GPS技術(shù)給測繪技術(shù)帶來一場革命，而且正在深入到各個(gè)應(yīng)用領(lǐng) 域。將遙感、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)技術(shù)運(yùn)用于土地資源的動態(tài) 監(jiān)測、變更調(diào)查和土地?cái)?shù)據(jù)的管理工作中，可以改變我國土地管理的落 后狀況。它與傳

13、統(tǒng)方法比較，有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：1. 不要求測站之間的通視，不受時(shí)間、氣象條件限制，具有全天 候觀測能力，儀器體積小，野外操作簡便。2. 測量精度高?；谳d波相位的靜態(tài)差分方法和移動差分方法可 滿足城鎮(zhèn)地籍測量和農(nóng)村土地利用調(diào)查的要求。3. 測量結(jié)果是統(tǒng)一在 WGS 84坐標(biāo)系下的3維地理數(shù)據(jù)，彼此之間 相關(guān)性好，共享容易。4. GPS測量結(jié)果可以直接輸入地理信息系統(tǒng)中，與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行 復(fù)合分析、制圖。5. 由于信息自動接收、自動存儲，內(nèi)外業(yè)結(jié)合緊密，減少了傳統(tǒng) 方法中繁瑣的中間過程，提高了測量速度和成果的可靠性。從運(yùn)用ProMark X-CM GPS接收機(jī)的移動差分技術(shù)來獲取包頭市郊 區(qū)縣2 083 km的土地利用變化信息（相對于1992年）看，測量快速、準(zhǔn) 確，得到了用戶的認(rèn)可。表2是移動差分技術(shù)與傳統(tǒng)人工方法的比較。表2傳統(tǒng)方法與移動差分GPS方法的比