地理信息系統(tǒng)中GPS 控制測繪技術(shù)的運(yùn)用

劉 偉

(清徐縣城鄉(xiāng)勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)所，山西清徐 030400)

0 引言

進(jìn)入到新世紀(jì)以來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，我國的社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)體制也應(yīng)逐步完善，各行各業(yè)都取得了空前的進(jìn)步和發(fā)展，其中GPS控制測繪技術(shù)作為一類較為先進(jìn)的技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中也得到了較為廣泛的應(yīng)用。所謂的GPS技術(shù)的含義就是全球定位系統(tǒng)，其工作狀態(tài)應(yīng)是在衛(wèi)星無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，由接收裝置以及環(huán)球通訊衛(wèi)星等設(shè)備所共同組成的，從而為使用用戶提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航信息、三維坐標(biāo)以及時(shí)間信息。這幾年來，我國的GPS技術(shù)得到了非常迅速的發(fā)展，因此其在諸多的領(lǐng)域也都取得了非常好的應(yīng)用效果。

1 地理信息系統(tǒng)中GPS控制測繪技術(shù)的簡介

1.1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)(GIS)是為特定的應(yīng)用目標(biāo)而建立的空間信息系統(tǒng)，是在計(jì)算機(jī)軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)支持下，對有關(guān)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、輸入、存儲(chǔ)、查詢檢索、處理、分析、顯示、更新和提供應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。GIS是地圖學(xué)理論、方法與功能的延伸，地圖學(xué)與GIS是一脈相承的，它們都是空間信息處理的科學(xué)。它能夠處理空間數(shù)據(jù)，其工作過程主要是處理空間實(shí)體位置、空間關(guān)系及空間實(shí)體的屬性。GIS處理的為自然目標(biāo)，因而圖形處理的難度大，GIS的屬性庫內(nèi)容結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，圖形與屬性的相互操作十分頻繁，且多具有專業(yè)化特征，GIS采用的是大地坐標(biāo)，必須有較強(qiáng)的多層次空間疊置分析功能，它的數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)輸入方式多樣化，所用的數(shù)據(jù)分析方法具有專業(yè)化特征。隨著衛(wèi)星、通訊、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，地理信息系統(tǒng)更快捷的服務(wù)于公眾，公眾對地理信息系統(tǒng)的需求與依賴也日益彰顯。1)GPS控制測繪技術(shù)。GPS定位系統(tǒng)是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的簡稱，它可以向全球用戶提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度及時(shí)間信息，應(yīng)用廣泛，前景遠(yuǎn)大，此系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于大地測量、工程測量，并已開始應(yīng)用于航空攝影測量和地形地籍測量等方面。GPS技術(shù)正引起測繪技術(shù)的革命性變化，它將成為測繪生產(chǎn)的主要技術(shù)工具和方法。測繪人員也應(yīng)在思想和行動(dòng)上迎接GPS測繪時(shí)代的到來。2)GPS定位原理。GPS定位的基本原理是到達(dá)時(shí)間原理(TOA)。選擇坐標(biāo)已知的設(shè)備(地面控制站、定位衛(wèi)星等)發(fā)出定位信號(hào)，在接收設(shè)備端接收到信號(hào)的同時(shí)計(jì)算出信號(hào)傳輸所經(jīng)過的時(shí)間，結(jié)合信號(hào)傳輸速度(如無線電波速度等)可算出信號(hào)發(fā)射端與接收端間的直線距離。不同位置的信號(hào)發(fā)射設(shè)備將產(chǎn)生不同的方程，目標(biāo)坐標(biāo)同時(shí)滿足這些方程，求解此方程組就能解得待測目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)。

1.2 GPS控制測繪技術(shù)的創(chuàng)新

1)GPS-RTK測繪技術(shù)。有鑒于GPS誤差控制實(shí)時(shí)性差，造成外業(yè)數(shù)據(jù)采集與內(nèi)業(yè)解算出圖相脫節(jié)，返工導(dǎo)致人力物力浪費(fèi)、拖延施測進(jìn)度的缺陷，GPS技術(shù)的發(fā)展又提出了載波相位的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的差分技術(shù)，簡記為RTK(Real Time Kinematic)。RTK本質(zhì)上也是一種衛(wèi)星定位技術(shù)，可用于距離等數(shù)據(jù)的采集。這種技術(shù)的優(yōu)勢在于能夠在較短時(shí)間內(nèi)(秒級)獲取定位點(diǎn)的空間坐標(biāo)，各個(gè)測量點(diǎn)之間不怕物體阻擋，其數(shù)據(jù)采集的誤差一般可控制在cm等級，而且關(guān)鍵一點(diǎn)在于 RTK測量方法能夠在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)獲得定位精度，可隨時(shí)校正測量誤差是否符合規(guī)范，消除了返工的可能性。2)GPS-VRS測繪技術(shù)。虛擬參考站(VRS-Virtual Reference Station)作為衛(wèi)星定位測量技術(shù)的一種新方法，開闊了RTK的應(yīng)用領(lǐng)域。狀態(tài)控制與數(shù)據(jù)處理基站、控制站和測點(diǎn)站組成了VRS?；驹硎抢眠B續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)站雙頻GPS接收機(jī)持續(xù)跟蹤GPS衛(wèi)星，并實(shí)時(shí)將原始觀測值通過數(shù)據(jù)通訊線路發(fā)送到控制中心。此間，數(shù)據(jù)中心接收測點(diǎn)站傳輸?shù)某跏甲鴺?biāo)，依據(jù)收到的測量節(jié)點(diǎn)初始數(shù)據(jù)，通過簡單的運(yùn)算，依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的規(guī)則選擇基站組合，接收此類基站傳送的數(shù)據(jù)，對于能影響GPS數(shù)據(jù)穩(wěn)定性準(zhǔn)確性的衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)、地球磁場、氣候，地面處理中心統(tǒng)一處理這些誤差，并播發(fā)處理差分?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)差分的作用等價(jià)于布置一個(gè)與測點(diǎn)超近距離的控制站點(diǎn)。使得機(jī)動(dòng)站到虛擬的基站間的距離很近，通過它們間的差分，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲得測點(diǎn)坐標(biāo)。與GPS，RTK技術(shù)一樣，VRS技術(shù)也受定位衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)弱、可用衛(wèi)星數(shù)目的制約。同時(shí)天氣、控制點(diǎn)分布、測站周圍環(huán)境也會(huì)對測量精度產(chǎn)生影響，因而外業(yè)測量前對星歷、天氣進(jìn)行預(yù)測，選擇合適的時(shí)間進(jìn)行測量。

2 地理信息系統(tǒng)中GPS控制測繪技術(shù)的運(yùn)用

運(yùn)用領(lǐng)域。GPS定位系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用到了地理信息系統(tǒng)中，以其全球性、全天候、高精度、高效益的特點(diǎn)，已成功的應(yīng)用于大地測量、工程測量、資源勘察、設(shè)施管理、環(huán)境與自然災(zāi)害管理、街道網(wǎng)絡(luò)以及軍事科學(xué)諸多領(lǐng)域。下面就簡單介紹一下GPS控制測繪技術(shù)在地籍測量中的運(yùn)用。地籍測量主要包括:控制節(jié)點(diǎn)定位、圖根節(jié)點(diǎn)定位及更加細(xì)致的地物點(diǎn)標(biāo)定;確定行政界定線、定界點(diǎn)的坐標(biāo)以及籍權(quán)劃分界線;構(gòu)畫地籍圖，計(jì)算測區(qū)面積;管理國土資源的變化，及時(shí)更新籍權(quán)變更。1)GPS-RTK用于一級導(dǎo)線測量。傳統(tǒng)方法對測量環(huán)境要求高，耗時(shí)較長，測量誤差不穩(wěn)定，實(shí)測時(shí)無法預(yù)知地籍成圖是否準(zhǔn)確。使用GPS測量方法進(jìn)行地籍確權(quán)工作雖然精確度高，測量要求條件較傳統(tǒng)方法有改善。但是不能直接得到最終結(jié)果，而且對誤差的控制也是事后的，一旦測量數(shù)據(jù)沒滿足地籍測量規(guī)程就須重測。GPS-RTK方法不超過20 km距離定位誤差限為30 mm，首級控制節(jié)點(diǎn)的測量誤差限±50 mm，因而實(shí)時(shí)定位法的誤差滿足地籍測量要求。2)GPSRTK用于圖根控制測量。確認(rèn)GPS-RTK測量法滿足首級精度后，可以將實(shí)時(shí)定位法推廣到下一級節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)定位。定位基本控制節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)在保證測量誤差小于限定值的條件下實(shí)施定位。3)在地測中的校驗(yàn)與使用。測點(diǎn)站開始施測之前，選擇可參照點(diǎn)進(jìn)行GPS-RTK定位，將定位坐標(biāo)與此點(diǎn)預(yù)知坐標(biāo)來比較，以確定GPS-RTK啟動(dòng)參數(shù)輸入無誤且定位設(shè)備工作正常與否，接收到的GPS-RTK定位信號(hào)換算為坐標(biāo)存儲(chǔ)到微機(jī)，通過制圖軟件標(biāo)定控制點(diǎn)的具體信息，形成符合地籍規(guī)范的各種成品圖并算出其面積。

3 結(jié)語

本文對地理信息系統(tǒng)、GPS控制測繪技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)介紹，并簡單的介紹了GPS控制測繪技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的運(yùn)用，重點(diǎn)介紹了地籍測量，可以預(yù)見的是GPS控制測繪技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中應(yīng)用前景廣闊，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，其也將對世界更多的領(lǐng)域產(chǎn)生積極影響。

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