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GPS技术在土地调查中的应用

摘要：（Global Positioning System）全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。随着科技的不断发展，GPS在测量中的应用范围也越来越广。从GPS常规静态方式用于大地控制网，快速静态方式用于工程测量、地形测量、地籍测量的控制网建立及加密，到准动态、动态的出现，特别是随着RTK（Real Time Kinematic）实时动态技术的应用，给传统测量带来了革命性的变化，不但可以简化常规控制测量，而且不需控制点就可直接测量和定点放样。
近几年，GPS在土地调查中的发展非常迅猛，已成为在土地调查中必不可少的主力仪器。
关键词：GPS 土地调查
1 GPS技术
1.1GPS技术简介：
GPS又称为（Global Positioning System GPS）是美国从上世纪70年代开始研制，历时20年、耗资200亿美元，于1994年3月完成其整体部署，实现其全天候、高精度和全球的覆盖能力。现在GPS与现代通信技术相结合，使得测定地球表面三维坐标的方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位与导航，极大地扩展了它的应用广度和深度。载波相位差分法GPS技术可以极大提高相对定位精度，在小范围内可以达到厘米级精度。此外由于GPS测量技术对测点之间的通视和几何图形等方面的要求比常规测量方法更加灵活、方便，已完全可以用来施测各种等级的控制网。GPS全站仪的发展在地形和土地测量以及各种工程、变形、地表沉陷监测中已经得到广泛应用，在精度、效率、成本等方面显示出巨大的优越性。
1.2 GPS系统组成
GPS系统包括三大部分：空间部分—GPS卫星星座；地面控制部分—地面监控系统；用户设备部分—GPS信号接收机。
1 GPS卫星星座：由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座记作（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内轨道倾角为55度各个轨道平面之间相距60度即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度 。轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。
2 地面监控系统：对于导航定位来说GPS卫星是一动态已知点卫星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作以及卫星是否一直沿着预定轨道运行都要由地面设备进行监测和控制。
3 GPS信号接收机：GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号并跟踪这些卫星的运行对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间解译出GPS卫星所发送的导航电文实时地计算出测站的三维位置甚至三维速度和时间。
2 RTK原理及作业方法
GPS（Global Positioning System）即全球定位系统。GPS定位主要利用测距交会的原理确定点位。GPS卫星发射测距信号和导航电文,导航电文中含有卫星的位置信息,用户利用GPS接收机在某一时刻同时接收3颗以上的GPS卫星信号,测量出测站P点至3颗以上GPS卫星的距离并计算出该时刻GPS卫星的空间坐标,据此利用交会法算出测站P点的位置。
载波相位差分技术又称RTK（Real Time Kinematic）技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。载波相位差分技术系统配置包括三个部分：①基准站接收机。②流动站接收机，流动站还包括支持实时动态差分的软件系统。③数据链。
基准站接收机设在具有已知坐标的参考点位上，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站坐标、观测值卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去，流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据，通过OTF算法（on the fly,即运动中快速解求模糊度的算法）解求载波相位整周模糊度，在通过相对定位模型获取所在点相对基准站的坐标和精度指标。通常RTK测量的精度能达到几个厘米。
3 GPS-RTK的应用现状
目前，GPS-RTK在土地勘测中应用于以下几个方面：
1 地籍测量的控制测量（一级及图根控制）；
2、 建设用地勘测定界的放样测量；
3、 宗地测量；
4、 土地整理、基本农田保护区划定的测量；
5、 违法用地测量；
6、 土地利用现状调查动态数据的采集。
综合起来，GPS-RTK在土地勘测中主要用于宗地权属的测绘和开阔地区的放样及测量。
4单独GPS-RTK的优势及不足
单独GPS-RTK进行测量，在精确求解转换参数和严格的作业控制下，平面精度能达到5厘米以内，满足一级控制点和土地勘测界址点的精度要求，且测量速度快、放样十分方便，可全天候作业，非常适用于以平面精度为主，时间紧、控制条件差的土地勘测。
但同时GPS-RTK也存在受外界条件影响大的不足，除了受与卫星有关的误差、与传播途径有关的误差、与接收设备有关的误差外，还要受卫星通视、电台通信的影响。当流动站处于高大建筑物、树林等遮挡卫星信号和电台通信时，没有足够的卫星数或没有收到基准站数据链，GPS-RTK往往不能初始化，或者不能测出满意的数据。
GPS-RTK还要受基准站作业距离的影响,距离太远，一方面增加轨道误差、电离层误差和对流层误差，降低精度；另一方面也增加初始化时间。
另外，GPS-RTK还无法自身检核差错，可能存在卫星信号由于遮蔽、中断等干扰原因而产生数据出错。
5 RTK应用前景
作为土地调查的主力军，GPS-RTK将继续在土地调查的控制测量放样及测量中发挥作用；对于存在的不足和缺陷，将在以下几方面进行弥补：
1、 单独GPS-RTK进行测量，特别是做控制点时，GPS-RTK基准站固定在地势较高且开阔的楼顶，流动站放到开阔的地区，用大功率的电台或手机发送基准站数据链，就能快速初始化。并以已知点检核，必要时增加双基站或多时段观测，提高测点精度和可靠性。
2、 GPS-RTK配合全站仪。GPS-RTK能解决全站仪的控制点的问题，而全站仪又能弥补GPS-RTK不能直接测量建筑物房角和其他一些影响卫星通视的待测点的缺陷。
3、 GPS-RTK的功能装在其他仪器中，产生新一代多功能仪器。如超站仪或超级全站仪，即将GPS-RTK装在全站仪上，实现全站仪在卫星通视良好的地方设站，由GPS-RTK部分进行所在位置即控制点坐标数据的获取，同样方法获取另一个控制点作为后视方向，即可方便地进行测量。超站仪解决了全站仪站点的即时定位问题，但损失了GPS-RTK快速流动测量的特点，因而还不能完全取代GPS-RTK与全站仪两套仪器的联合。
4、 将其他仪器的功能如将无棱镜测距功能装载到GPS-RTK的流动站上，实现GPS-RTK对无法直接放站点的间接定位。
5、 实施虚拟参考站，大大拓宽GPS-RTK的作业距离，更方便GPS-RTK的野外测量。
6结束语
GPS-RTK仍将单独或配合全站仪在土地勘测中发挥着巨大的作用。而将GPS-RTK功能加载到全站仪等其他仪器，或者将其他仪器的功能加载到GPS-RTK流动站上，出现新一代多功能仪器，将是GPS-RTK今后在土地勘测中的发展方向。同时，虚拟参考站的应用普及，带GPS-RTK功能的新一代仪器也将与各类测绘软件、GIS等有机结合，给测绘的各个方面带来深远的影响。

参考文献

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