摘 要:本文通过对全球定位系统的认识,简单阐述全球定位系统技术在土地勘测中的应用。
关键词:地籍测绘 全球定位系统 技术应用
前 言
全球定位系统(Global Positioning System,GPS)具有全天候、高精度、自动化、高效益、良好的抗干扰性和保密性等显著特点,由空间部分、地面监控部分和用户设备部分组成。90年代以来,GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合,在空间定位技术方面引起了革命性的变革。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间,从静态扩展到动态,从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航,从而大大拓宽了它的应用范围和在各行各业中的作用。除了传统的应用于测绘系统和军事方面的大地测量、工程测量、航空摄影测量等多种学科外,车载GPS导航、GPS地震监测系统、GPS气象学、GPS捕鱼业、GPS放牧、GPS狩猎、GPS登山旅游以及GPS农业等都是的GPS普及应用。
1.GPS系统的组成
1.1GPS由三个独立的部分组成:空间部分:21颗工作卫星,3颗备用卫星。地面监控部分:1个主控站。3个注人站,5个监测站。用户设备部分:接收GPS卫星发射信号,以获得必要的导航和定位信息,经数据处理,完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。
1.2 GPS定位原理:GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。
1.3卫星3、卫4的卫星钟的钟差,由卫星星历提供;Vt0为接收机的钟差。由以上4个方程即可解算出待测点的坐标x,y,z和接收机的钟差Vt0。按目前的方案,全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。21+3顆卫星均为近圆形轨道,运行周期约为11小时58分,分布在6个轨道面上(每轨道面4颗),轨道倾角为。卫星的分布使得在全球的任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图形(DOP)。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。地面监控部分包括4个监控间、1个上行注人站和1个主控站。监控棚设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部分实行全面控制主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据,利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注人到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点,是目前最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进,硬、软件的不断完善,应用领域正在不断地开拓,目前已遍及国民经济各个部门,并开始逐步深入人们的日常生活。
2.GPS技术特点
2.1 GPS在地籍测绘控制方面的优势
(1)作业效率高,在一般的地形下,一次设站即可测完5km半径的测区,大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数,作业速度快、劳动强度低、节省了外业费用;(2)定位精度高、数据安全可靠、没有误差积累,只要满足RTK的测量条件,在一定的作业范围内,平面和高程精度都能达到厘米级;(3)降低了作业条件,RTK技术不要求两点间通视,只要求满足“电磁波通视”,受外部环境等因素的影响和限制较小;(4)操作简便,作业自动化、集成化程度高,测绘功能、数据处理能力强大,流动站利用内装式软件控制系统,无需人工干预便可自动实现多种测绘功能,减少了辅助测量工作,降低了人为误差,保证了作业精度。总上可知,GPS技术是一项运用很广的技术,它在土地测量中的作用是不可替代的,如果在土地测量中充分利用好了这一技术,我们的土地测量将会登上一个新的台阶,必将为我国的经济建设起到很大的作用。
2.2实时动态定位技术(RTK)工作原理
实时动态测量的基本原理是:在基准站上安置一台GPS接收机,对所有可见GPS卫星进行连续地观测,并将其观测数据,通过无线电传输设备,实时地发送给用户观测站。在用户站上,GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。
3.GPS在地籍测绘控制方面的应用
3.1 GPS在地籍控制测量中的应用。GPS卫星定位新技术的迅速发展,给测绘工作带来了革命性的变化,也对地籍测量工作,特别是地籍控制测量工作带来了巨大影响。应用GPS进行地籍控制测量,不要求通视,这样避免了常规地籍控制工作点位选取的局限条件,并且GPS网状结构对GPS网精度的影响也甚小。正由于GPS具有布点灵活、全天候、速度快、精度高等优点,才使GPS技术在国内各省市的城镇地籍控制测量中得以广泛应用。根据国家土地局颁布的《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,三边网和边角网一、二级小三角网(锁),一、二级导线网及相应等级的GPS网,并且各等级地籍平面控制网点,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≤5cm。利用GPS技术进行地籍控制,没有常规三角网(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琐要求,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。
3.2 GPS技术引入地籍细部测量。地籍细部测量是地籍调查不可分割的组成部分,目的是测定每宗土地的权属界址点、线、位置、形状、数量等。由地籍调查规程所知,在地籍平面控制测量基础上的地籍细部测量,对于城镇街坊外围界址点及街坊内明显的界址点间距允许误差为10cm,城镇街坊内部隐蔽界址点及村庄内部界址点间距允许15cmGP-SRTK误差。利用技术完全能满足上述精度要求,GPS建议在适合布设点的部分测区使用该项技术。
3.3 GPS测量的外业实施。其一,GPS选点测量测站点之间不要求一定通视,图形结构GPS也比较灵活,因此,点位选择比较方便。但考虑测量的特点:①殊性,并顾及后续测量,选点时应着重考虑:每点最好与某一点通视,以便后续测量工作的使用;②点周围高度角15°以上不要有障碍物,以免信号被遮挡或吸收;③点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等,以免电磁场对信号的干扰;④点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方,以便观测和日后使用;⑤选点结束后,按要求埋设标石,并填写点之记。
3.4 GPS技术在土地勘测定界中的应用。土地勘测定界是根据土地征用、划拨、出让、农用地转用、土地利用规划及土地开发整理及复垦等等工作的需要,实地界定土地使用范围、测定界址位置、调绘土地利用现状、计算用地面积,以及为国土资源管理部门用地审批和地籍管理提供科学、准确的基础资料而进行的技术服务性工作。它是保证建设用地审批科学、合理、准确的手段。经审查合格的勘测定界成果可以作为地籍调查和土地登记发证的基础资料和重要依据。
3.5 近几年逐步开始了以“数字城市”为长远目标的面向城市可持续发展的全数字化信息系统建设的探索。“数字城市”的建设作为城市规划、建设管理与服务的终级目标,提供给城市管理者一种全新的城市规划、建设和管理的理念与调控手段,它能够适应并预测城市的变化,使城市规划具有更高的效率,更为丰富的表现手法,更多的信息量,更高的分析能力和准确性,更具前瞻性、科学性和及时性,并提高城市建设的时效性、城市管理的有效性、城市资源优化配置水平、城市综合实力以及城市生活质量,进而促进城市的可持续发展。
4.结语语
通过以上对GPS测量技术应用的分析,可以看出GPS技术在基础测绘中的具有传统测量无可比拟的优势,但由于其技术特点,该技术也存在一定的问题。(1)空中环境影响。中午时间卫星信号受电离层干扰大,共用卫星数少,因而初始化时间长甚至不能初始化,也就无法进行测量。(2)数据链传输受干扰和限制、作业半径比标称距离小。RTK数据链传输易受到障碍物,如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰,传输过程中衰减严重,影响作业精度和作业半径。因此,在开展土地测绘工作时,应根据实际情况合理运用GPS测量技术。◆