GPSRTK技术在土地整理测绘中的应用探讨

第31卷第2期

2008年4月

测绘与空间地理信息

GEOMA TICS &SPA T I AL I N FORMA TI ON TECHNOLOGY

Vol .31,No .2Ap r .,2008

收稿日期:2007-09-20

基金项目:国家大学生创新实验项目(2006028)资助

作者简介:张　奇(1985-),男,河南民权人,武汉大学土地资源管理专业在读硕士研究生,主要研究方向为地籍测量、土地信息系

统与土地信息工程应用。

GPS -RTK 技术在土地整理测绘中的应用探讨

张　奇1

,胡石元1

,施秧秧2

,朱彦刚

1

(1.武汉大学资源与环境科学学院,湖北武汉430079;

2.浙江大学公共管理学院,浙江杭州310029)

摘要:在概述土地整理测绘的基础上,简单介绍了GPS -RTK 技术的工作原理,以江西省大余县土地整理项目

为例,对GPS -RTK 技术在土地整理测绘中的应用进行了尝试和探讨,得出GPS -RTK 技术完全可以应用于土地整理测绘。

关键词:土地整理测绘;GPS -RTK 技术;应用中图分类号:P228.4 文献标识码:B 文章编号:1672-5867(2008)02-0020-03

D iscussi on on the Appli cati on of GPS -RTK Technology i n

Land Consoli dati on and Mappi n g

ZHANG Q i 1

,HU Shi -yuan 1

,SH I Yang -yang 2

,ZHU Yan -gang

1

(1.School of Resource and Env i ronm en t Sc i ence,W uhan Un i versity,W uhan 430079,Ch i n a;

2.College of Publi c Ad m i n istra ti on,Zheji a ng Un i versity,Hangzhou 310029,Ch i n a)

Abstract:On the basis of outlining land cons olidati on and mapp ing,this paper briefly intr oduces the operati onal p rinci p le of GPS -RTK technol ogy,and takes the p r oject area as an examp le t o try and discuss the app licati on of GPS -RTK technol ogy in land cons oli 2dati on and mapp ing.The results shows that GPS -RTK technol ogy can be perfectly app lied t o land cons olidati on and mapp ing .Key words:land cons olidati on and mapp ing;GPS -RTK technol ogy;app licati on

0　引　言

近几年来,随着社会和经济建设的迅速发展以及地理空间数据采集的需要,基于3S 的数字测量技术也日益成熟,GPS -RTK 技术逐步被广泛应用于社会各个领域。作为野外数据采集的有效手段之一,GPS -RTK 技术应用于土地整理测绘中既满足精度要求和测量数据的现势性,又能全面提高土地整理工作的现代化水平,具有广阔的应用前景。

1　土地整理测绘概述

土地整理测绘是开展土地整理项目的前期行为,是获取和表达土地整理项目区位置、形状、数量和利用状况等地籍信息要素,提供土地整理现状图和土地整理规划设计底图的专题地籍测绘;是以满足土地整理可行性研究、项目规划设计、工程量概算、施工放样和土地整理规划设计的实施以及土地开发对土地利用现状、地形状况

等空间基础地理信息的需要而进行的一项技术性较强的

基础性测绘工程[1]

。土地整理数据信息获取的方式主要包括社会调查与统计、现场踏勘、原始图件判读、遥感卫星图件等扫描数字化、白纸测图、传统测量(经纬仪加水准仪,全站仪)和现代化测量(GPS 技术,数字摄影测量与遥感测量等)。

目前,国家投资的土地整理测绘对象主要为基本农田,这就决定了测绘环境是野外空旷的农村土地,其特点为:视野开阔,高大建筑物较少,无大的干扰信息源,能够接收较强的信号等。根据这些特点,我们在江西省大余县土地整理中尝试利用GPS -RTK 技术进行土地整理测绘工作。

2　GPS -RTK 技术作业原理及土地整理测

绘的技术路线

2.1　GPS -RTK 技术作业原理

GPS 实时动态(RTK )测量技术出现于20世纪90年

代,是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术。实时动态测量的作业原理为:在项目区内已知坐标的控制点上安置基准站接收机,对所有可视GPS卫星信号进行连续跟踪观测,经数据调试,通过无线电传输设备将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态等发送出去。流动站接收机在测点上跟踪GPS卫星信号的同时,通过无线电传输设备,接收由基准站发射的信息。当流动站完成初始化工作后,控制器根据相对定位原理实时计算并显示出测点的3维坐标和数据精度,同时将成果数据以文件的形式存储起来以便进一步应用[2-3]。GPS-RTK技术观测时间短,能够实时实地测量并显示点位3维坐标数据,为土地整理测绘工作的可靠性和高效率提供了保障,是一种行之有效的途径。

当前土地开发整理所要求的绘图比例尺一般为1∶10000,1∶5000或1∶2000,这对于一定范围内精度可以达到厘米级的GPS-RTK技术将完全满足要求。GPS-RTK技术应用于土地整理测绘中,根据土地整理可行性研究、项目规划设计、预算和施工放样等工作要求,主要用于地类边界、电力通讯等基础设施、陡坎、行政界线、权属界线、控制点、独立地物及其他要素的测量,高程点加密,沟渠、道路横断面测量等。

2.2　土地整理测绘的技术路线

基于GPS-RTK技术的土地整理测绘技术流程主要包括前期准备阶段、GPS-RTK外业数据采集阶段、GPS 数据传输处理阶段、图形编辑处理阶段和图幅整饰阶段等。

1)前期准备阶段

基础地理资料、行政界限资料、基本农田资料、各种数据及其他相关资料等的收集,土地整理测绘作业指导书制定编写,外业调查人员与内业数字化人员组织培训,测量仪器、计算机及其他外部设备等的检测,GPS-RTK 测量精度检验等。

2)GPS-RTK外业数据采集阶段

采用连续测量和非连续测量两种方式对特征点、点状地物和地类边界等测量。

3)GPS数据传输处理阶段

将测量控制器与计算机连接,通过GPS数据传输软件将每天采集的数据文件导入计算机并存储为一定的格式,以日期+组名作为文件名。

4)图形编辑处理阶段

南方CASS数字化地形地籍成图软件接收TG O导出的一定格式的数据文件,在计算机屏幕上显示为大量的数据点,根据外业草图进行地物编辑、地形绘制;构建三角网,生成等高线;地类符号填充,统计各土地利用类型总面积和分区面积。

5)图幅整饰阶段

协调图名、图号、图廓线、坐标系、成图比例尺、制图单位及其他辅助说明。3　实证研究

3.1　工程概况及测量模式

江西省大余县国家投资土地整理项目区位于赣州市西南端,章江上游北岸,东北至南康县,西抵新城镇,南靠信丰县,所在图幅号为G-50-86-(18)和G-50-86-(26),具体范围为东经114°34′～114°36′,北纬25°36′30″～25°39′30″。项目区主要包括龙王庙村、樟树下村、新城村、槐花村、京州村、窑孜前村、水西村、店子里村、鱼仙村等9个村,总面积为11.58k m2,周长18513.09m,南北长5101.16m,东西长4410.01m,海拔高低差34.19m,地貌类型以丘陵和山地为主。

本次测量采用12台Tri m ble5800双频GPS接收机,按自然村分布情况对项目区进行同步测量。该GPS动态定位测量标称水平精度为±10mm+1ppm,垂直精度为±20mm+1ppm。GPS-RTK地形测量有连续地形测量和非连续地形测量两种作业模式,可以完成对所有地形地物的测量工作。连续地形测量对于测量不规则线状或封闭地物具有较高的作业效率,如道路、水域、权属界线、地类边界等。该模式测量的数据自动记录有两种方式:等时间间隔和等距离间隔存储数据。等时间间隔存储数据,将根据设定时间间隔进行数据采样;等距离间隔存储数据根据设定距离间隔进行数据采样。在测量时可设定每5s采样一次数据或者每3m采样一个数据;非连续地形测量每进行一次数据记录就可以测量一个点,一般用于测量具有特征性质的独立点,如避雷针、电线杆、界碑等以及断面测量。测量过程中,我们设置其限差为x:0105m;y:0.08m。点名称按起点点号自动增加步长,观测次数为2次,观测时间为3s,测量数据存储方式为自动存储。

3.2　GPS基准站

选择项目区控制点作为基准站的标准为覆盖整个区域,海拔尽可能高,靠近项目区的中心位置,控制点标志坐标位置精确、稳固且不宜移动,尽量避开变压器、高压线、发射塔等干扰源等。

1)选择在位置较高的地方,例如把基准站架设在高楼的顶部。RTK测量需要在控制点安置基准站,并需要把基准站的差分信号传播出去,位置较高的地方有利于差分信号的传播。

2)选择在交通便利的地方,最好选择在汽车可以到达的地方。RTK基准站所需的仪器较多,为了使基准站能够工作较长的时间,有时需要携带较重的大功率电池。

3)考虑到南北极附近是卫星的空洞区,电台的天线宜架设在GPS接收机的北方[4]。

如果项目区内有达到精度要求的等级控制点,则该点可以作为GPS控制点;如果没有,则通过其他方式引进一定精度的点作为控制点。通过对实地情况进行考察,我们选择该镇小学楼顶一控制点作为基准点施测。

12

第2期张　奇等:GPS-RTK技术在土地整理测绘中的应用探讨

GPS -RTK 测量是在W GS

-84坐标系中进行的,而最终成果要求为地方坐标系或北京54坐标系,这就需要设置模型转换参数来实现,本例我们采用三参数模式来完成W GS -84坐标系向54北京坐标系的转换。如果之前GPS -RTK 测量坐标转换参数设置错误,还可以在手簿中直接修改文件的基准转换参数进行补救措施。

本次作业基准站参数设置如下:投影为横轴墨卡托投影,基准转换采用三参数模式,水平平差和垂直平差采用无平差,坐标几何设定为网格。电台频点选择为412105MHz,无线电传输模式为TT450s 9600bp s 模式,流动站的频点和无线电传输模式与基准站保持一直。

3.3　测绘数据采集

为了证实GPS -RTK 技术应用于土地整理测绘的可操作性,我们对测量精度进行实地检验。NTS -355全站仪的测角精度为5″,测距精度为2mm +2ppm ×D (D 为距离),其精度相当高。在项目区内选取6个特征点进行全站仪与GPS -RTK 技术比较,最远特征点距离基准站3.52k m 。两种测量结果比较显示,△X 相差最大为0.025m,△Y d 相差最大为0.031m,△Z 相差最大为01048m 。GPS -RTK 技术属于流动性作业,由于天线高误差、测距杆偏心等,平面精度一般在0.050m 以内。由此可见,RTK 技术的精度完全满足土地整理测绘中碎步点的要求。

为了保证数据理性存储、内业成图的方便以及最后数据检核,进行数据采集之前,在Tri m ble 5800双频GPS 接收机手簿上以“测区序号+作业日期+组号”为名称建立项目文件来存储当天采集的数据,而且野外数据测量时所画草图上也应注明相应的文件名称。测量过程中,要在草图上标注沟渠的宽度、深度、水流方向,道路的宽度、等级,坑塘的深度、硬化与否,电力通讯设施等级,地类界两边的土地类型,堤坎高度等,对于高度大的堤坎,要在堤坎顶部和底部都测设高程点,以保证等高线的真实性。根据规划设计要求,沟渠、道路、高地每隔一定的长度需要测量一个横断面。

3.4　数据标准化整理

数字地籍成图软件CASS 需要接收一定格式的数据,最基本的格式如下:

1,,53167.880,31194.120,495.800/3点号名称,空格,x,y,h

2,,53151.080,31152.080,495.400/3点号名称,空格,x,y,h

数据类型的转换有多种方式,一种简单实用的方法是:用微软ActiveSync 同步软件建立手簿与计算机之间的连接,然后通过Data Transfer 将手簿中的测量数据文件传输到计算机中,保存为3.dc 文件,一起保存的还有一个3.j ob 文件,最后用专门的数据处理软件TG O 导入RTK 测量数据3.dc 文件,转换输出为南方CASS 软件可接受的格式(3.dat 文件),在读入时可以利用逗号或其他符号分隔。如果需要对测量数据进行人工批量编辑,可以

改文件的扩展名为3.csv,利用列插入、列排序、列删除、整列数据增加一定的数值等编辑功能来完成坐标数据重新计算,将数据准备成上述基本格式,并以3.dat 形式存储在硬盘上,便于查看和导入CASS 软件。

3.5　成果图的绘制与输出

根据土地整理项目特点及后续工作要求,成果图主要要素分层为:项目区边界,村界,乡界,县界,坟地边界,菜地边界,林地边界,居民地边界,水系及其附属设施,地类界(旱地、水田),居民地填充,水系填充,高速公路,管线设施,陡坎,控制点,高程点,等高线,图廓,注记及其他等。

在南方CASS 数字化地形地籍成图软件环境下,导入野外测点数据文件,依据草图内容,进行地类图斑和现状地物绘制。绘制土地整理现状图,须参考相应比例尺地形图和地籍图成图标准,既要满足土地整理设计的要求,又要满足土地整理施工的要求。项目区土地整理现状图输出如图1

所示。

图1　项目区土地整理现状图

F i g .1　Land con soli da ti on presen t situa ti on

map of project area

4　结束语

GPS -RTK 测量精度虽赶不上GPS 静态测量,但只需

数秒就可以迅速定位,且观测后的数据不用人工处理即

可屏显并存储在手簿中。在测量过程中能监视观测数据质量,进一步完善动态测量。

GPS -RTK 技术在土地整理测绘的应用实践,为土地

资源的可持续利用提供了一种强有力的技术手段,同时也为GPS -RTK 技术在其他领域的应用积累了丰富而有益的经验。随着GPS,RS,GI S 技术、现代信息技术和网络技术的发展和日趋完善,当前GPS 与其他技术的集成越来越受到众多学者的关注。

参考文献:

[1]　张金亭.试论土地整理测绘[J ].国土资源科技管理,

2006,23(1):29-31.

[2]　李征航,黄劲松.GPS 测量与数据处理[M ].武汉:武汉

大学出版社,2005.

[3]　魏二虎,黄劲松.GPS 测量操作与数据处理[M ].武汉:

武汉大学出版社,2004.

[4]　徐让雄.GPS -RTK 技术在城市测量中的应用[J ].城市

勘测,2007,(6):66-68.

2

2 测绘与空间地理信息 2008年