差分GPS技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用

1、差分GPS技術(shù)在地籍測(cè)量中的應(yīng)用張顯峰崔偉宏摘要：提出了運(yùn)用移動(dòng)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(cè)量方法相比，具 有快速、準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)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(cè)量；DGPS應(yīng)用中圖分類(lèi)號(hào)：P271文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：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(cè)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(zhǎng)厘米級(jí)

2、高較復(fù)雜后處理 移動(dòng) 差分C/A偽距、載波相位多 譜勒觀測(cè)量數(shù)秒很短米級(jí)低簡(jiǎn)單基于以上考慮，我們采用后處理移動(dòng)差分方式來(lái)獲取土地利用的變 化數(shù)據(jù)。目前市場(chǎng)上的GPS接收機(jī)中大部分都具有移動(dòng)差分功能，例如 Magellan公司的MarkX系列，Trimble公司的4000GE毋。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PromarkX-CM接收機(jī)作為測(cè)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(cè)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(dòng)差分，載波相位差分和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分。機(jī)器自帶4 Mb內(nèi)存，能連續(xù)觀測(cè)記錄30 h

3、偽距碼或8 h載波相位數(shù)據(jù)，對(duì)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(cè)量工作的實(shí)施目前，我國(guó)已經(jīng)制定出全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范，由于將差 分GPS運(yùn)用于大地測(cè)量尚處于研究階段，沒(méi)有相關(guān)的規(guī)程出臺(tái)。筆者曾 在內(nèi)蒙古包頭市郊區(qū)縣（面積2 083 knf）進(jìn)行了 GPS野外測(cè)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(cè)量前的準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作包括熟悉Promark X-CMGPSS收機(jī)的操作，差分處理軟件 的熟練使用，制定野外測(cè)量操作規(guī)程及組建作業(yè)隊(duì)伍等。在分析土地利 用

4、調(diào)查的各種復(fù)雜情況基礎(chǔ)上，制定出適合 GPS測(cè)量特點(diǎn)的操作規(guī)程。 此外，測(cè)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(guó)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(jí)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(cè)繪控制網(wǎng)的評(píng)價(jià)與加密如果是單機(jī)絕對(duì)定位，GPS測(cè)量是不需要任何測(cè)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(cè)區(qū)內(nèi)必須有一定數(shù)量的測(cè)繪控制點(diǎn)。如果 測(cè)區(qū)內(nèi)已有足夠數(shù)量的 WGS 84 GP控制點(diǎn)和北京

5、54坐標(biāo)控制點(diǎn)，則完 全滿(mǎn)足我們的需要，至于測(cè)繪控制點(diǎn)的精度，即使是E級(jí)控制點(diǎn)，其常量誤差為土 10 mm相對(duì)誤差為土 2OX1O-6D,足以滿(mǎn)足農(nóng)村地籍測(cè)量需要。 如果測(cè)區(qū)內(nèi)沒(méi)有GPS測(cè)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(cè)繪控制點(diǎn) （ 網(wǎng)） 的建立或加密的具體方法參見(jiàn) 有關(guān)文獻(xiàn)。3. 測(cè)量中數(shù)據(jù)組織與編碼一般說(shuō)來(lái)，用一臺(tái)GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，測(cè)站 GPS接收機(jī)則有數(shù) 臺(tái)，同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。為了避免差分處理時(shí)數(shù)據(jù)管理混亂，我們對(duì)每臺(tái)移 動(dòng)測(cè)站GPS接收機(jī)進(jìn)行編碼，如1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，N號(hào)，在每一臺(tái)移動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，其數(shù)據(jù)文件名需包含日期、機(jī)號(hào)、文件序號(hào) 等

6、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(cè)量時(shí)間為7月16 日，3號(hào)機(jī)第5個(gè)數(shù)據(jù)文件。此外，在野外測(cè)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(lèi)型等屬性信息。因此在測(cè)量前應(yīng)該對(duì)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(cè)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(cè)區(qū)中 心位置?；鶞?zhǔn)站周?chē)鬅o(wú)高大建筑物、樹(shù)木等地物的遮擋，無(wú)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(duì)準(zhǔn)已知點(diǎn)。天線用專(zhuān) 用電纜與GPS接收機(jī)相聯(lián)。

7、打開(kāi)GPS接收機(jī)進(jìn)行初始化，設(shè)置采樣率（大 于或等于移動(dòng)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(kāi)始采樣（對(duì)ProMark X-CM來(lái)說(shuō)，選用dif+2模式）。如果測(cè)區(qū)內(nèi)沒(méi)有任何測(cè)量控制點(diǎn)，則需從測(cè)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(cè)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(shí)別與標(biāo)識(shí) 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(cè)量它們的變化邊界和登記變化屬性。為了加速測(cè)量工作，在測(cè)量之前應(yīng)該先 識(shí)別出變化地塊的大致位置并標(biāo)識(shí)在圖上，供野外測(cè)量中使用。在本項(xiàng) 目中，通過(guò)遙感數(shù)據(jù)與 1992年的土

8、地詳查數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合分析來(lái)發(fā)現(xiàn)變化 地塊的空間分布。對(duì)于那些通過(guò)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(chǎng)詢(xún)問(wèn)的辦法來(lái)識(shí)別。6. 利用移動(dòng)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(lèi)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(lèi)型等。測(cè)量前打開(kāi)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(dòng)站和天線視角最好大于基準(zhǔn)站的天線視角，一般來(lái)說(shuō)，移 動(dòng)站離基準(zhǔn)站的距離每增加100 km,移動(dòng)站的天線視角就增加1,這 樣保證移動(dòng)站的所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星都包含在基準(zhǔn)站的可見(jiàn)衛(wèi)星中。當(dāng)初 始化完成后即可開(kāi)始移動(dòng)測(cè)量。GPSS

9、收機(jī)可由人手持步行，或放在自 行車(chē)、摩托車(chē)、汽車(chē)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(chē)上進(jìn)行測(cè)量時(shí),對(duì)精度沒(méi)有影響。在測(cè)量中,天線要 架在一個(gè)支撐桿上， 舉過(guò)人的頭頂垂直移動(dòng)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(cè)站必須觀測(cè) 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(cè)一個(gè)地物，同時(shí)填寫(xiě)野外記錄表。1. 線狀地物。 諸如水渠、 道路等線狀地物， 在測(cè)量中應(yīng)該將天線放 置在其中心線， 移動(dòng)測(cè)量，并記錄下該

10、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(cè)量 對(duì)象。如果一個(gè)地塊的部分發(fā)生了用地類(lèi)型的變化，則需對(duì)變化邊界進(jìn) 行測(cè)量。從變化邊界的起點(diǎn)開(kāi)始，沿邊界移動(dòng)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(cè)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)到厘米級(jí)的精度。4. 屬性數(shù)據(jù)。GPS最初設(shè)計(jì)是用來(lái)定位的，而不是用來(lái)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(lái)看，GPS不具備屬性數(shù)據(jù)采集功能，只能通過(guò)其他方式來(lái)采集。坐標(biāo)的采集和屬 性的

11、采集沒(méi)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(guò)在GIS 內(nèi)部交互式編輯來(lái)完成的。不過(guò)，許多 GPS接收機(jī)生產(chǎn)廠家開(kāi)始改變這種現(xiàn)狀。Trimble公司采取用一臺(tái)便攜式計(jì)算機(jī)與 GPSS收機(jī)相連，通 過(guò) Geolink 軟件來(lái)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。在本項(xiàng)目中，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(kāi)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?cè)陂_(kāi)始移 動(dòng)采集數(shù)據(jù)前，輸入地塊變化邊界的左右地塊屬性，通過(guò)這種辦法，在 內(nèi)業(yè)處理中可以識(shí)別測(cè)量地塊的屬性信息，

12、通過(guò)交互編輯賦給圖斑。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(dòng)站得到的觀測(cè)量，按某種差分算法解算出移動(dòng)測(cè)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(dòng)差分和厘米級(jí)的載波相位差分。 本項(xiàng)目中利用移動(dòng)差分功能對(duì)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(cè)繪技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、 變更調(diào)查和土地?cái)?shù)據(jù)的管理工作中，可以改變我國(guó)土地管理的落后狀況。

13、 它與傳統(tǒng)方法比較，有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：1. 不要求測(cè)站之間的通視，不受時(shí)間、氣象條件限制，具有全天候 觀測(cè)能力，儀器體積小，野外操作簡(jiǎn)便。2. 測(cè)量精度咼?；谳d波相位的靜態(tài)差分方法和移動(dòng)差分方法可滿(mǎn) 足城鎮(zhèn)地籍測(cè)量和農(nóng)村土地利用調(diào)查的要求。3. 測(cè)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(cè)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(dòng)接收、自動(dòng)存儲(chǔ)，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(guò)程，提高了測(cè)量速度和成果的可靠性。從運(yùn)用ProMark X-CMGPSS收機(jī)的移動(dòng)差分技術(shù)來(lái)獲取包頭市郊區(qū) 縣2 083 km的土地利用變化信息（相對(duì)于1992年）看，測(cè)量快速、準(zhǔn)確， 得到了用戶(hù)的認(rèn)可。表2是移動(dòng)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(dòng)差分GPS方法的比較（