地理信息系统中GPS 控制测绘技术的运用

2015-04-06刘伟

山西建筑 2015年21期

刘伟

(清徐县城乡勘测规划设计所，山西清徐 030400)

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进入到新世纪以来，随着我国国民经济实力的不断增强，我国的社会主义市场经济体制也应逐步完善，各行各业都取得了空前的进步和发展，其中GPS控制测绘技术作为一类较为先进的技术在地理信息系统中也得到了较为广泛的应用。所谓的GPS技术的含义就是全球定位系统，其工作状态应是在卫星无线电导航定位系统的基础上，由接收装置以及环球通讯卫星等设备所共同组成的，从而为使用用户提供准确的导航信息、三维坐标以及时间信息。这几年来，我国的GPS技术得到了非常迅速的发展，因此其在诸多的领域也都取得了非常好的应用效果。

1 地理信息系统中GPS控制测绘技术的简介

1.1 地理信息系统

地理信息系统(GIS)是为特定的应用目标而建立的空间信息系统，是在计算机软件、硬件及网络支持下，对有关空间数据进行预处理、输入、存储、查询检索、处理、分析、显示、更新和提供应用的技术系统。GIS是地图学理论、方法与功能的延伸，地图学与GIS是一脉相承的，它们都是空间信息处理的科学。它能够处理空间数据，其工作过程主要是处理空间实体位置、空间关系及空间实体的属性。GIS处理的为自然目标，因而图形处理的难度大，GIS的属性库内容结构复杂，功能强大，图形与属性的相互操作十分频繁，且多具有专业化特征，GIS采用的是大地坐标，必须有较强的多层次空间叠置分析功能，它的数据量大，数据输入方式多样化，所用的数据分析方法具有专业化特征。随着卫星、通讯、互联网等技术的快速发展，地理信息系统更快捷的服务于公众，公众对地理信息系统的需求与依赖也日益彰显。1)GPS控制测绘技术。GPS定位系统是全球卫星定位系统的简称，它可以向全球用户提供高精度的三维坐标、三维速度及时间信息，应用广泛，前景远大，此系统已广泛应用于大地测量、工程测量，并已开始应用于航空摄影测量和地形地籍测量等方面。GPS技术正引起测绘技术的革命性变化，它将成为测绘生产的主要技术工具和方法。测绘人员也应在思想和行动上迎接GPS测绘时代的到来。2)GPS定位原理。GPS定位的基本原理是到达时间原理(TOA)。选择坐标已知的设备(地面控制站、定位卫星等)发出定位信号，在接收设备端接收到信号的同时计算出信号传输所经过的时间，结合信号传输速度(如无线电波速度等)可算出信号发射端与接收端间的直线距离。不同位置的信号发射设备将产生不同的方程，目标坐标同时满足这些方程，求解此方程组就能解得待测目标的空间三维坐标。

1.2 GPS控制测绘技术的创新

1)GPS-RTK测绘技术。有鉴于GPS误差控制实时性差，造成外业数据采集与内业解算出图相脱节，返工导致人力物力浪费、拖延施测进度的缺陷，GPS技术的发展又提出了载波相位的动态实时的差分技术，简记为RTK(Real Time Kinematic)。RTK本质上也是一种卫星定位技术，可用于距离等数据的采集。这种技术的优势在于能够在较短时间内(秒级)获取定位点的空间坐标，各个测量点之间不怕物体阻挡，其数据采集的误差一般可控制在cm等级，而且关键一点在于 RTK测量方法能够在采集数据的同时获得定位精度，可随时校正测量误差是否符合规范，消除了返工的可能性。2)GPS-VRS测绘技术。虚拟参考站(VRS-Virtual Reference Station)作为卫星定位测量技术的一种新方法，开阔了RTK的应用领域。状态控制与数据处理基站、控制站和测点站组成了VRS。基本原理是利用连续运行的基准站双频GPS接收机持续跟踪GPS卫星，并实时将原始观测值通过数据通讯线路发送到控制中心。此间，数据中心接收测点站传输的初始坐标，依据收到的测量节点初始数据，通过简单的运算，依据预先设定好的规则选择基站组合，接收此类基站传送的数据，对于能影响GPS数据稳定性准确性的卫星运行状态、地球磁场、气候，地面处理中心统一处理这些误差，并播发处理差分数据。数据差分的作用等价于布置一个与测点超近距离的控制站点。使得机动站到虚拟的基站间的距离很近，通过它们间的差分，实现实时获得测点坐标。与GPS，RTK技术一样，VRS技术也受定位卫星信号强弱、可用卫星数目的制约。同时天气、控制点分布、测站周围环境也会对测量精度产生影响，因而外业测量前对星历、天气进行预测，选择合适的时间进行测量。

2 地理信息系统中GPS控制测绘技术的运用

运用领域。GPS定位系统目前广泛应用到了地理信息系统中，以其全球性、全天候、高精度、高效益的特点，已成功的应用于大地测量、工程测量、资源勘察、设施管理、环境与自然灾害管理、街道网络以及军事科学诸多领域。下面就简单介绍一下GPS控制测绘技术在地籍测量中的运用。地籍测量主要包括:控制节点定位、图根节点定位及更加细致的地物点标定;确定行政界定线、定界点的坐标以及籍权划分界线;构画地籍图，计算测区面积;管理国土资源的变化，及时更新籍权变更。1)GPS-RTK用于一级导线测量。传统方法对测量环境要求高，耗时较长，测量误差不稳定，实测时无法预知地籍成图是否准确。使用GPS测量方法进行地籍确权工作虽然精确度高，测量要求条件较传统方法有改善。但是不能直接得到最终结果，而且对误差的控制也是事后的，一旦测量数据没满足地籍测量规程就须重测。GPS-RTK方法不超过20 km距离定位误差限为30 mm，首级控制节点的测量误差限±50 mm，因而实时定位法的误差满足地籍测量要求。2)GPSRTK用于图根控制测量。确认GPS-RTK测量法满足首级精度后，可以将实时定位法推广到下一级节点的坐标定位。定位基本控制节点时，应在保证测量误差小于限定值的条件下实施定位。3)在地测中的校验与使用。测点站开始施测之前，选择可参照点进行GPS-RTK定位，将定位坐标与此点预知坐标来比较，以确定GPS-RTK启动参数输入无误且定位设备工作正常与否，接收到的GPS-RTK定位信号换算为坐标存储到微机，通过制图软件标定控制点的具体信息，形成符合地籍规范的各种成品图并算出其面积。