1、%22%地礦測(cè)繪 2010,26(4):2224SurveyingandMappingofGeologyandMineralResourcesCN53-1124/TDISSN1007-9394GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在地籍調(diào)查中的應(yīng)用謝建春,陳同峰,宋朝輝,潘寶玉2*(1.山東省地質(zhì)測(cè)繪院,山東濟(jì)南 250002;2.兗州市國(guó)土資源局,山東兗州 272100)摘要:通過(guò)對(duì)GPS快速靜態(tài)定位測(cè)量技術(shù)在地籍調(diào)查E級(jí)GPS控制網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用探討,闡述了該技術(shù)應(yīng)用的意義、原理、方法和應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題,并總結(jié)出GPS快速靜態(tài)定位測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:GPS;快速靜態(tài);地籍調(diào)查;E級(jí);基線;平差;精度中

2、圖分類(lèi)號(hào):P228 4;P272 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1007-9394(2010)04-0022-03ApplicationofGPSFastStaticPositioningTechniquetoCadastralInventoryXIEJian chun,CHENTong feng,SONGChao hui,PANBao yu2(1.ShandongInstituteofSurveyingandMappingofGeology,JinanShandong250002,China;2.LandResourcesAdministrationofYanzhouCity,YanzhouSh

3、andong272100,China)Abstract:ThroughtheapplicationofGPSfaststaticpositioningtechniqueincadastralsurveyEorderGPScontrolne,tthispaperdiscussestheproblemsofthesense,principle,methodandapplicationofthetechniqueandthatshouldbepaidattentionto,andsumsupthecharactersofGPSfaststaticpositioningtechnique.Keywor

4、ds:GPS;faststaticpositioning;cadastralinventory;Eorder;baseline;adjustmen;tprecision0 引言隨著GPS定位技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟,定位精度不斷提高,快速靜態(tài)定位測(cè)量技術(shù)應(yīng)用日益廣泛,主要應(yīng)用于測(cè)量控制網(wǎng)的建立,如:D、E級(jí)及一、二級(jí)GPS網(wǎng)的建立。GPS快速靜態(tài)定位測(cè)量比常規(guī)GPS靜態(tài)測(cè)量節(jié)省大量時(shí)間,減少了重復(fù)設(shè)站率,可大大地提高工作效率。在目前全國(guó)第二次土地調(diào)查工作時(shí)間緊迫的情況下,該技術(shù)的應(yīng)用更顯得十分重要,更得到測(cè)繪工作人員的青睞。培訓(xùn)教材關(guān)于GPS快速靜態(tài)定位測(cè)量的要求,結(jié)合兗州市地形特點(diǎn),決定在兗州市

5、城區(qū)布設(shè)D級(jí)GPS網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)E級(jí)GPS控制網(wǎng),并利用GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)進(jìn)行E級(jí)GPS網(wǎng)施測(cè)。2.1 測(cè)區(qū)概況該測(cè)區(qū)為兗州市城區(qū)及相鄰鄉(xiāng)鎮(zhèn),位于東經(jīng)116!44116!52、北緯35!3035!37之間。該項(xiàng)目的主要任務(wù):控制測(cè)量為70.89km2,包括:D、E級(jí)GPS控制測(cè)量,一、二級(jí)GPS控制測(cè)量,四等水準(zhǔn)測(cè)量,權(quán)屬調(diào)查,1#500地形與地籍測(cè)量及數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)等。2.2 布網(wǎng)情況E級(jí)GPS控制網(wǎng)是在D級(jí)GPS控制點(diǎn)D005、D008、D009三個(gè)點(diǎn)下布設(shè),全網(wǎng)共21點(diǎn),其中18個(gè)E級(jí)GPS控制點(diǎn)?；鶞?zhǔn)基線3條,并相互聯(lián)結(jié);三邊同步環(huán)60個(gè),其中與基準(zhǔn)基線構(gòu)成的三邊同步環(huán)為24個(gè),三邊異

6、步環(huán)68個(gè),有效基線66條;最長(zhǎng)邊為7.3km,最短邊為1.4km,平均邊長(zhǎng)為3.4km。網(wǎng)形結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖1。2.3 測(cè)量方法E級(jí)GPS控制網(wǎng)使用5臺(tái)南方GPS接收機(jī),采用雙參考站,以快速靜態(tài)定位測(cè)量方式進(jìn)行觀測(cè),GPS接收機(jī)標(biāo)稱(chēng)精度為(5+110-6%D)mm。觀測(cè)前根據(jù)星歷預(yù)報(bào)認(rèn)真編制了觀測(cè)計(jì)劃,每一時(shí)段同步觀測(cè)衛(wèi)星有效顆數(shù)均大于4顆,衛(wèi)星數(shù)據(jù)采樣率為15s,衛(wèi)星高度角均大于15!,PDOP值小于6,各條觀測(cè)1 工作原理GPS快速靜態(tài)定位的工作原理是通過(guò)GPS接收機(jī)接收4顆以上通訊衛(wèi)星信號(hào)1,解算出衛(wèi)星到GPS接收機(jī)的距離,通過(guò)衛(wèi)星在地心坐標(biāo)系的位置確定GPS接收機(jī)在該坐標(biāo)系中的位置,從而解

7、算出多個(gè)GPS接收機(jī)的相對(duì)位置,達(dá)到相對(duì)定位的目的。GPS快速靜態(tài)定位是在兩個(gè)或多個(gè)已知點(diǎn)上架設(shè)GPS接收機(jī),稱(chēng)之為基站,并讓其連續(xù)運(yùn)行;同時(shí)在未知點(diǎn)上架設(shè)GPS接收機(jī),該機(jī)在規(guī)定時(shí)段內(nèi)運(yùn)行,該時(shí)段結(jié)束后,移動(dòng)到另一未知點(diǎn)上進(jìn)行下一時(shí)段的觀測(cè)。2 GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在E級(jí)GPS控制網(wǎng)布設(shè)中的應(yīng)用根據(jù) 全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范 和第二次全國(guó)土地調(diào)查02-02第26卷第4期謝建春,陳同峰,宋朝輝,潘寶玉:GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)在地籍調(diào)查中的應(yīng)用%23%、Wy 、Wz 。其中,555為相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度(按環(huán)的實(shí)際邊長(zhǎng)計(jì)算)。 3)同步環(huán)閉合差為:Wx4)獨(dú)立閉合環(huán)或閉合路線坐標(biāo)閉合差應(yīng)滿

8、足:Wx3、Wy3、Wz3、Ws3。其中,n為閉合環(huán)邊數(shù),Ws=x+Wy+Wz, 為相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度(按環(huán)的實(shí)際邊長(zhǎng)計(jì)算)。5)復(fù)測(cè)基線的長(zhǎng)度較差dS,兩次較差應(yīng)滿足:dS2(2)式中: 為相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的精度(按該基線的實(shí)際邊長(zhǎng)計(jì)算)。該測(cè)區(qū)E級(jí)GPS控制網(wǎng)的驗(yàn)算情況,見(jiàn)表1。表1 E級(jí)GPS控制網(wǎng)驗(yàn)算精度統(tǒng)計(jì)Tab.1 PrecisionstatisticsofEorderGPScontrolnetworkcheckingcomputation圖1 兗州市第二次城鎮(zhèn)土地調(diào)查E級(jí)GPS網(wǎng)圖Fig.1 EorderGPSnetworkoftownlandsurveyforthesecondti

9、meofYanzhoucity基線的整周模糊度倍率因子在1 5以上2,保證了衛(wèi)星與接收機(jī)之間具有較強(qiáng)的圖形強(qiáng)度;觀測(cè)單元內(nèi)參考站連續(xù)觀測(cè),流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間為15min。觀測(cè)單元間流動(dòng)站的重合點(diǎn)數(shù)為2個(gè)。觀測(cè)前后使用專(zhuān)用GPS量高尺及普通鋼尺各量取儀器高兩次至1mm,各標(biāo)尺兩次量測(cè)較差均小于3mm時(shí)分別取中數(shù),最后兩尺測(cè)量較差小于3mm時(shí)取中數(shù)作為該站最終站高。2.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量及測(cè)量精度情況2.4.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核E級(jí)GPS控制網(wǎng)的野外數(shù)據(jù)處理使用隨機(jī)軟件,按單基線雙差固定解作為最終結(jié)果。1)相鄰點(diǎn)間基線長(zhǎng)度精度公式2為:=&+(b%d)(1)式中: 為標(biāo)準(zhǔn)差(基線向量的弦長(zhǎng)中誤差,單位為

10、mm);a為固定誤差, =10mm;b為比例誤差系數(shù),b=1010-6%D;d為相鄰點(diǎn)間距離,單位為km。2)同一時(shí)段觀測(cè)值的數(shù)據(jù)剔出率,其值小于10%。同步環(huán)閉合差/cm 異步環(huán)閉合差/cm 一般最大0.41.9允許一般最大4.11.12.9允許61.9復(fù)測(cè)基線長(zhǎng)度較差/cm 一般0.5最大0.6允許19.42.4.2 三維無(wú)約束平差無(wú)約束平差主要進(jìn)行了內(nèi)部精度分析、粗差分析、單位權(quán)方差因子估算,提取純凈基線構(gòu)網(wǎng)。在基線向量檢核合格后,以三維基線向量及其相應(yīng)的方差(協(xié)方差陣作為觀測(cè)信息,得到該網(wǎng)的三維無(wú)約束平差結(jié)果。無(wú)約束平差中各基線分量的改正數(shù)絕對(duì)值均滿足以下公式2:V!X3V!Y3(3)

11、V!Z3式中: 為該基線的長(zhǎng)度精度。無(wú)約束平差后各基線向量改正數(shù)和精度信息,見(jiàn)表2。從表2可以看出:該E級(jí)GPS控制網(wǎng)無(wú)約束平差精度良好,完全符合 全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范 的要求。2.4.3 二維約束平差無(wú)約束平差結(jié)束后,利用可靠的基線觀測(cè)量,在1980西安坐標(biāo)系內(nèi)進(jìn)行二維約束平差。E級(jí)GPS控制網(wǎng)平差后的精度情況,見(jiàn)表3。表2 E級(jí)GPS控制網(wǎng)無(wú)約束平差精度統(tǒng)計(jì)Tab.2 PrecisionstatisticsofEorderGPScontrolnetworkwithnonrestraintadjustment基線向量改正數(shù)/cm V!X 一般0.2最大0.8允許10.6V!Y最大1

12、.1允許10.6一般0.3V!Z最大1.1允許10.6&0.3&0.6170萬(wàn)128.8萬(wàn)E005E015點(diǎn)位中誤差/cm 一般最大邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差 一般最弱最弱邊名稱(chēng)一般0.2表3 二維約束平差精度統(tǒng)計(jì)Tab.3 Precisionstatisticsof2Drestraintadjustment點(diǎn)位精度/cm一般&0.1最弱&0.2允許&5.0一般190.0萬(wàn)邊長(zhǎng)相對(duì)精度最弱143.8萬(wàn)允許15.0萬(wàn)同一基線相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對(duì)值均滿足下式:dV!X2 dV!y2 dV!z2式中: 為該基線的長(zhǎng)度精度。二維約束平差中,基線分量改正數(shù)與無(wú)約束平差結(jié)果的同

13、,4。(4),正數(shù)與%24%地礦測(cè)繪 2010年12月表4 二維約束平差后基線殘差統(tǒng)計(jì)Tab.4 Baselineresidualerrorstatisticsafter2Drestraintadjustment基線向量改正數(shù)/cmV!X 一般0.01最大0.19V!Y 一般0.01最大0.15基線向量改正數(shù)較差的絕對(duì)值/cm dV!X 一般0.2最大0.8dV!y 一般0.2最大1.1通過(guò)上述基線對(duì)比可以看出:在兗州測(cè)區(qū),快速靜態(tài)精度完全可以達(dá)到GPS相應(yīng)級(jí)別精度要求。4 E級(jí)GPS檢查基線與快速靜態(tài)網(wǎng)聯(lián)合平差將常規(guī)靜態(tài)E級(jí)GPS基線檢測(cè)數(shù)據(jù)加入快速靜態(tài)平差網(wǎng),進(jìn)行聯(lián)合平差,并把其平差結(jié)果精

14、度與快速靜態(tài)平差精度統(tǒng)計(jì)對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)表6。允許7.0允許7.0從表3、表4分析可知:該網(wǎng)二維約束平差精度完全能達(dá)到E級(jí)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)精度要求。表6 聯(lián)合平差精度與快速靜態(tài)平差精度統(tǒng)計(jì)對(duì)比Tab.6 Contrasttableofprecisionstatisticsbetweentheunitedadjustmentandfaststaticadjustment3 E級(jí)GPS基線檢核情況為檢核快速靜態(tài)定位的精度,對(duì)E級(jí)GPS基線進(jìn)行了檢測(cè),嚴(yán)格按照常規(guī)靜態(tài)觀測(cè),觀測(cè)時(shí)段大于45min。經(jīng)基線解算后,對(duì)基線長(zhǎng)及其精度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比,具體情況,見(jiàn)表5。表5 基線精度對(duì)照表Tab.5 Contras

15、ttableofbaselineprecision基線名基線邊長(zhǎng)/m1587.269E012-D0051587.270E013-D0086283.6276283.6322483.7992483.7922202.4562202.4541569.8871569.8852789.6132789.6174991.9424991.9511977.5131977.5131645.0141645.0102523.2012523.2042367.4682367.468-5-11/1497181/14438081/8021851/2699721/3303241/3549941/2185651/1922701/2

16、122861/3416331/3644051/8423911/4335411/5278081/5258171/1358401/1891491/4060711/4605181/5198311/3782514.1mm-0.58mm檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值快速靜態(tài)值檢測(cè)值基線較差/mm1/291749快速靜態(tài)值相對(duì)精度說(shuō)明聯(lián)合平差快速靜態(tài)類(lèi)別同步環(huán)閉合差/cm一般最大0.41.9異步環(huán)閉合差/cm一般最大1.12.9重復(fù)基線較差/cm一般最大0.50.6基線相對(duì)精度一般最弱點(diǎn)

17、中誤差/mm一般最弱2.0110.990萬(wàn)43.8萬(wàn)110.990萬(wàn)62 0萬(wàn)0.42.41.12.90.50.91.9從表6中可以看出:該E級(jí)快速靜態(tài)GPS定位精度和常規(guī)靜態(tài)GPS定位精度相當(dāng)。5 結(jié)束語(yǔ)綜上所述,筆者認(rèn)為快速靜態(tài)定位網(wǎng)的布設(shè)及觀測(cè)時(shí)須注意以下問(wèn)題:1)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)避開(kāi)大的障礙物,避免遮擋衛(wèi)星信號(hào);2)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)輻射的電磁波源、微波源,以免影響GPS信號(hào);3)不要將點(diǎn)布設(shè)在大的水域及具有強(qiáng)反射的物體附近,避免多路徑誤差;4)點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)考慮到GPS相應(yīng)等級(jí)的平均邊長(zhǎng)及同步環(huán)邊數(shù);5)相鄰兩個(gè)觀測(cè)單元之間的流動(dòng)站的重合點(diǎn)數(shù),E級(jí)不應(yīng)少于1個(gè);6)當(dāng)網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間距離小于該級(jí)別所

18、要求的相鄰點(diǎn)間最小距離時(shí),兩相鄰點(diǎn)必須直接進(jìn)行同步觀測(cè);7)利用雙參考站作業(yè)方式時(shí),不同觀測(cè)單元的基準(zhǔn)基線宜相互聯(lián)結(jié),以構(gòu)成整個(gè)網(wǎng)的骨架。實(shí)踐證明,GPS快速靜態(tài)定位技術(shù)的觀測(cè)精度能夠滿足GPS有關(guān)規(guī)范規(guī)定相應(yīng)級(jí)別的精度要求。該技術(shù)與常規(guī)GPS靜態(tài)測(cè)量相比,具有以下特點(diǎn):在基準(zhǔn)基線的基礎(chǔ)上布設(shè)控制點(diǎn)、設(shè)計(jì)網(wǎng)形、并進(jìn)行施測(cè);觀測(cè)單元內(nèi)參考站連續(xù)運(yùn)行,流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間為規(guī)范規(guī)定時(shí)間,一般為幾分鐘到十幾分鐘,觀測(cè)時(shí)間比常規(guī)靜態(tài)GPS觀測(cè)所用時(shí)間大大縮短。能夠保證測(cè)點(diǎn)精度;觀測(cè)時(shí)間短,重復(fù)設(shè)站次數(shù)減少,這樣,既減少外業(yè)工作量,又節(jié)約大量成本。所以該技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高GPS的觀測(cè)效率和測(cè)繪項(xiàng)目的效益。

19、(下轉(zhuǎn)第30頁(yè))D005-E0097D008-E0142E015-D0052E016-D005-4D008-E017-9E018-E0160E012-E0154E013-E017-3E009-E016較差中誤差較差平均值%30%地礦測(cè)繪 2010年12月以看出殘差值符合精度要求。從轉(zhuǎn)換點(diǎn)分布幾何圖形上看,前者3個(gè)已知點(diǎn)基本均勻分布在測(cè)區(qū),大致成等邊三角形,而后者則基本以導(dǎo)線形式貫穿,幾何圖形結(jié)構(gòu)性不強(qiáng),所以導(dǎo)致瀾滄礦區(qū)轉(zhuǎn)換殘差值略大于孟連礦區(qū)。另外,當(dāng)遇到像前例控制點(diǎn)稀少的情況下,無(wú)法得到轉(zhuǎn)換精度值,可以通過(guò)全站儀實(shí)測(cè)(往返觀測(cè))引入礦區(qū)控制點(diǎn),對(duì)RTK實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。孟連某礦區(qū)檢核對(duì)此

20、情況,見(jiàn)表3。表3 RTK與全站儀測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.3 ContrastbetweenRTKdataandtotalstationdata方 法RTK測(cè)量結(jié)果反算全站儀實(shí)測(cè)對(duì)比差值!平距SML-01(ML-02/m1686.1351686.101+0.024高差!hML-01(ML-02/m-113.897-113.864-0.033增加已知點(diǎn),這樣可以有多余觀測(cè)值,在RTK手薄中可以看出評(píng)定精度值,TOPSURV軟件界面則是顯示平面殘差和高程殘差,最好不要超過(guò)2cm為宜,用全站儀進(jìn)行檢查,該精度可滿足圖根控制和大比例尺測(cè)圖。3)GPS RTK高程測(cè)量通常被認(rèn)為不穩(wěn)定,所以最好用二次曲面擬合

21、高程用多余6個(gè)已知點(diǎn)高程來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而且可以根據(jù)轉(zhuǎn)換精度,檢查、篩選后剔除精度不夠的高程點(diǎn),以得到更好的轉(zhuǎn)換效果。4)TopconGPS RTK手薄中TOPSURV軟件程序是把轉(zhuǎn)換二維坐標(biāo)和一維高程獨(dú)立進(jìn)行的。例如:改動(dòng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的已知點(diǎn)的高程值時(shí),平面殘差不變,且轉(zhuǎn)換后的平面坐標(biāo)也不變;同理,改動(dòng)平面坐標(biāo),也不會(huì)影響高程精度。5)選取公共已知點(diǎn)時(shí),盡量使其均勻分布在測(cè)區(qū)內(nèi),圖形結(jié)構(gòu)要好,且擬合GPS RTK高程時(shí)不宜外推,盡量?jī)?nèi)插,否則會(huì)發(fā)生偏移和振蕩。上述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法只是各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法中的一種,在野外作業(yè)時(shí),可根據(jù)測(cè)區(qū)已知點(diǎn)情況的不同選用不同的轉(zhuǎn)換方法。通過(guò)檢核可知,結(jié)果完全滿足礦業(yè)權(quán)核查控制點(diǎn)精度要求:點(diǎn)位中誤差為&0.10m,高程中誤差&0.10m。在轉(zhuǎn)換殘差值可見(jiàn)的情況下,同樣可以通過(guò)此種方式檢核,檢查轉(zhuǎn)換精度值和RTK測(cè)量結(jié)果手薄顯示精度是否可靠。通過(guò)對(duì)比以及數(shù)據(jù)分析,驗(yàn)證實(shí)測(cè)精度與轉(zhuǎn)換精度基本符合。此外,還可以看轉(zhuǎn)換參數(shù)之一尺度比,該值理想值為1,如果發(fā)現(xiàn)偏離1較多(比如:|-1|)1/40000,超出了工程精度),則在保證GPS測(cè)量精度滿足要求的情況下,可判定已知點(diǎn)有問(wèn)題。參 考 文 獻(xiàn)1 魏二虎,黃勁松.GPS測(cè)量操作與數(shù)據(jù)處理M.武漢:武漢大學(xué)出版社,2004:115118.2 王辛明,