GPS在地籍測量中的作用
摘 要 現今,全球定位系統(GPS)的應用正廣泛地被測量界所接受。最初,GPS的應用只涉及到控制測量和高精度的大地測量,后來,它的應用遍及各種測量領域。本文討論GPS在地籍測量中的作用以及規范中存在的問題。
一、引 言
GPS測量要求天空晴朗、開闊。在開闊的地域,特別是在鄉村地區,使用GPS測量比用常規測量儀器測量具有更高的作業效率和成本效益,同時也能保持高精度。雖然這樣,但是一些測量專家對采用GPS進行地籍測量一直很謹慎,原因有以下幾個方面:
1. 費用問題。最近幾年GPS設備的價格雖下降很多,但是,具有完全實時雙頻功能的GPS設備的價格仍然比常規儀器的價格高出35%之多。
2. 態度謹慎。人們在等待、觀望,想看看GPS到底如何發展?
3. 使用困難。市面上有一種看法,即GPS很難使用且GPS測量比使用常規方法測量花費時間長。不管什么時候,任何人看待為解決工作中的問題而使用新技術時,通常會擔心為了掌握這門新技術從中獲益而需要學習的問題。
4. 儀器淘汰太快問題。人們有許多擔心,由于技術發展很快,許多現在有用的儀器將很快變得落后、無用。
二、GPS地籍測量的優缺點
應用GPS進行地籍測量有許多優點,同時也存在一些缺點。
優點包括如下方面:
1. 減少人力費用。因為GPS僅僅需要一個人來操作,在要測的碎部點上呆上一、二秒進行一些處理即可完成工作;而常規的測量方法要求至少兩個人來實施。
2.定位精度高,測站間無需通視。 在沒有現成基準控制點的遙遠地區能進行高精度的定位計算,且定位不受人眼視線的限制。
3.操作簡便,容易使用。隨著GPS接收機不斷改進,自動化程度越來越高,體積越來越小,重量越來越輕。現今,市場上的GPS測量設備使用起來相當容易,在任何條件下都能操作。
4. 精確的3維系統,24h免費使用,全天候作業。衛星信號覆蓋全球,不受用戶數量限制。在精確測定觀測站平面位置的同時,可以精確測定觀測站的大地高。觀測一般不受天氣狀況的影響。
缺點包括如下方面:
1. 購買設備所投入的費用很高。
2. 衛星可見度問題。當衛星系統位置對美國是最佳的時候,世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛星所覆蓋。
3. 天空中仍受到障礙物如大樹、高大建筑物等的干擾。
三、實時動態GPS(RTK)運用于地籍測量
GPS技術的發展已經先進到能在野外實時獲取點位厘米級的水平精度的程度。被稱為實時動態測量(RTK)的這種GPS測量技術正在被新西蘭的規范權威機構確定為地籍測量的一種合適方法。
實時動態GPS要求有兩臺雙頻GPS接收機,兩臺儀器之間應有無線電遙測通信線路。其中一臺接收機被指定為基臺,另一臺接收機作為漫游。基臺接收機被安放在已知點位上,用它跟蹤GPS碼和進行載波測量,然后通過無線電遙測線路將測量的數據迅速送給漫游接收機。
整個GPS載波相位的計算是通過漫游接收機對載波相位模糊值的求解完成的,接著進行實時厘米級定位。這種技術被稱為飛行中整周模糊度求解。當正確的載波相位值得到后就可以進行地形數據的獲取。使用實時動態GPS測量,測量師只需站在感興趣的點位幾秒鐘,就能快速、高效率地完成測量。
地籍測量中應用RTK技術可測定每一宗土地的權屬界址點以及測繪地籍圖,能實時測定有關界址點及一些地物點的位置并能達到要求的厘米級精度。將GPS獲得的數據處理后直接錄入GIS系統,可及時地精確地獲得地籍和房地產圖。但在影響GPS衛星信號接收的遮蔽地帶,應使用全站儀、測距儀、經緯儀等測量工具,采用解析法或圖解法進行細部測量。
RTK技術可實時地測定界樁位置,確定土地使用界限范圍,計算用地面積。
四、一個人可操作的設備
常規的測量方法與GPS野外作業方法主要的區別在于,GPS基本上可由一個人來操作完成測量任務。單獨一名測量師可以完成涉及地籍測量的所有操作任務。以下是常規測量方法與GPS測量方法就所涉及到的每一個處理過程進行的討論和比較。包括三方面:
1. 確定起始點;
2. 導線測量;
3. 通常的野外測量方法。
五、確定起始點
通常在測量工程中第一步是確定現有已知點和定出起始點。大多數規范要求,從以前的測量中選定至少3個控制點作為已知點。當用GPS測量時,確定起始點具有雙重目的:
1. 有常規測量結果作依據,確定起始點就能夠檢驗現有已知點間的關系和可靠性。
2. 它能在GPS參考框架WGS-84坐標系和當地的國家坐標系之間建立重要的聯系。
常規的測量方法僅僅要求測量3個現有已知點間的角度和2個距離,與所記錄好的基礎圖進行核對,這樣來確定這些點的可靠性。
GPS測量方法不同,它很容易比較3個點之間的坐標差而不是角度和距離。這樣確定起始點就分為兩步:
1. 將WGS-84坐標系轉換成當地參考坐標系。這涉及到多個已知點,由于GPS是一個全3維定位系統,通常要求有4個點。這第4個點用來做為檢核點,以便確定根據3個控制點計算的布網是否正確。
2. 利用坐標差值來檢核起始點。現在的大多數GPS設備都具有標準功能,能現場進行坐標系間的轉換。測量員從來不需要看WGS-84坐標,他完全能在直角坐標系下工作。
六、導線測量
使用GPS測量的優點是,它具有減少導線測量數量的功能,導線不要求布設成閉合線路。而采用常規的測量方法,導線要閉合到起始點或以前測量的已知點上。和常規測量儀器相比,使用GPS測量更加靈活,并且通過采用適當的點檢核測量值,GPS測量能在短短的時間里提供高精度的測量成果。
七、通常的野外測量方法
在野外測量中,使用GPS設備計算很快。隨著觀察位置的不同,GPS設備能在快速動態初始化下實時計算出系統坐標并將坐標直接記錄在數據記錄器上。GPS設備能直接計算出坐標點之間的角度和距離,與基礎圖比較,確定是否符合一致。另外,GPS設備也有一個缺點,在設置邊界標志點時,由于地物障礙,它會受到一些限制。GPS設備依賴于可見到的衛星,在新的開闊地區,信號失鎖問題不會出現,但是在有高大建筑物的地區可能會出現這一問題。
測量規范要求檢核樁點的位置坐標,這通常是利用許多原有的已知點或最近剛測量過的坐標點,通過雙重連測來實現的。作業中也要測量距離和角度。隨著GPS測量的進行,接收機可能被迫放棄對衛星的自動跟蹤,這就會迫使接收機重新初始化,然后重新觀測每一個新的坐標點,作為野外檢核。這些新坐標是從由基臺傳送來的初始化的載波相位整周模糊度獲得的。
盡管野外檢核非常重要,但是大多數常規的計算是在辦公室內完成的,根據基礎測量圖核對各項限定要求來證實或否定已知測量控制點的點位可靠性。把所有相關的測量坐標裝入手提式控制器中可以更有效地使用GPS。更重要的是,一旦貯存了這些坐標,就可以實時檢核和確定原有的已知測量控制點和采用點的可靠性及它們之間的關系。這些附加的信息有助于測量師在野外作出決定,節省時間和費用。
八、結 論
當今,GPS正在越來越多的測量工作中得到應用,其在地籍測量中的應用就是其中的一例。GPS具有其他測量儀器和測量方法所不能比擬的優點。當GPS應用于地籍測量時,審查測量規范是必要的,以便人們能采納這項新技術而不是把它當作是一個協助國內地籍測量的“鞋拔子”。當然GPS也有一些我們能夠接受的限制。GPS對測量工作實施會產生巨大的影響。地籍測量需要GPS,同時,這項技術也代表了測量方法的改進,使其成為沿著高生產率方向發展的一種自然進程。
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