地理信息系統中GPS 控制測繪技術的運用

劉 偉

(清徐縣城鄉勘測規劃設計所，山西清徐 030400)

0 引言

進入到新世紀以來，隨著我國國民經濟實力的不斷增強，我國的社會主義市場經濟體制也應逐步完善，各行各業都取得了空前的進步和發展，其中GPS控制測繪技術作為一類較為先進的技術在地理信息系統中也得到了較為廣泛的應用。所謂的GPS技術的含義就是全球定位系統，其工作狀態應是在衛星無線電導航定位系統的基礎上，由接收裝置以及環球通訊衛星等設備所共同組成的，從而為使用用戶提供準確的導航信息、三維坐標以及時間信息。這幾年來，我國的GPS技術得到了非常迅速的發展，因此其在諸多的領域也都取得了非常好的應用效果。

1 地理信息系統中GPS控制測繪技術的簡介

1.1 地理信息系統

地理信息系統(GIS)是為特定的應用目標而建立的空間信息系統，是在計算機軟件、硬件及網絡支持下，對有關空間數據進行預處理、輸入、存儲、查詢檢索、處理、分析、顯示、更新和提供應用的技術系統。GIS是地圖學理論、方法與功能的延伸，地圖學與GIS是一脈相承的，它們都是空間信息處理的科學。它能夠處理空間數據，其工作過程主要是處理空間實體位置、空間關系及空間實體的屬性。GIS處理的為自然目標，因而圖形處理的難度大，GIS的屬性庫內容結構復雜，功能強大，圖形與屬性的相互操作十分頻繁，且多具有專業化特征，GIS采用的是大地坐標，必須有較強的多層次空間疊置分析功能，它的數據量大，數據輸入方式多樣化，所用的數據分析方法具有專業化特征。隨著衛星、通訊、互聯網等技術的快速發展，地理信息系統更快捷的服務于公眾，公眾對地理信息系統的需求與依賴也日益彰顯。1)GPS控制測繪技術。GPS定位系統是全球衛星定位系統的簡稱，它可以向全球用戶提供高精度的三維坐標、三維速度及時間信息，應用廣泛，前景遠大，此系統已廣泛應用于大地測量、工程測量，并已開始應用于航空攝影測量和地形地籍測量等方面。GPS技術正引起測繪技術的革命性變化，它將成為測繪生產的主要技術工具和方法。測繪人員也應在思想和行動上迎接GPS測繪時代的到來。2)GPS定位原理。GPS定位的基本原理是到達時間原理(TOA)。選擇坐標已知的設備(地面控制站、定位衛星等)發出定位信號，在接收設備端接收到信號的同時計算出信號傳輸所經過的時間，結合信號傳輸速度(如無線電波速度等)可算出信號發射端與接收端間的直線距離。不同位置的信號發射設備將產生不同的方程，目標坐標同時滿足這些方程，求解此方程組就能解得待測目標的空間三維坐標。

1.2 GPS控制測繪技術的創新

1)GPS-RTK測繪技術。有鑒于GPS誤差控制實時性差，造成外業數據采集與內業解算出圖相脫節，返工導致人力物力浪費、拖延施測進度的缺陷，GPS技術的發展又提出了載波相位的動態實時的差分技術，簡記為RTK(Real Time Kinematic)。RTK本質上也是一種衛星定位技術，可用于距離等數據的采集。這種技術的優勢在于能夠在較短時間內(秒級)獲取定位點的空間坐標，各個測量點之間不怕物體阻擋，其數據采集的誤差一般可控制在cm等級，而且關鍵一點在于 RTK測量方法能夠在采集數據的同時獲得定位精度，可隨時校正測量誤差是否符合規范，消除了返工的可能性。2)GPS-VRS測繪技術。虛擬參考站(VRS-Virtual Reference Station)作為衛星定位測量技術的一種新方法，開闊了RTK的應用領域。狀態控制與數據處理基站、控制站和測點站組成了VRS。基本原理是利用連續運行的基準站雙頻GPS接收機持續跟蹤GPS衛星，并實時將原始觀測值通過數據通訊線路發送到控制中心。此間，數據中心接收測點站傳輸的初始坐標，依據收到的測量節點初始數據，通過簡單的運算，依據預先設定好的規則選擇基站組合，接收此類基站傳送的數據，對于能影響GPS數據穩定性準確性的衛星運行狀態、地球磁場、氣候，地面處理中心統一處理這些誤差，并播發處理差分數據。數據差分的作用等價于布置一個與測點超近距離的控制站點。使得機動站到虛擬的基站間的距離很近，通過它們間的差分，實現實時獲得測點坐標。與GPS，RTK技術一樣，VRS技術也受定位衛星信號強弱、可用衛星數目的制約。同時天氣、控制點分布、測站周圍環境也會對測量精度產生影響，因而外業測量前對星歷、天氣進行預測，選擇合適的時間進行測量。

2 地理信息系統中GPS控制測繪技術的運用

運用領域。GPS定位系統目前廣泛應用到了地理信息系統中，以其全球性、全天候、高精度、高效益的特點，已成功的應用于大地測量、工程測量、資源勘察、設施管理、環境與自然災害管理、街道網絡以及軍事科學諸多領域。下面就簡單介紹一下GPS控制測繪技術在地籍測量中的運用。地籍測量主要包括:控制節點定位、圖根節點定位及更加細致的地物點標定;確定行政界定線、定界點的坐標以及籍權劃分界線;構畫地籍圖，計算測區面積;管理國土資源的變化，及時更新籍權變更。1)GPS-RTK用于一級導線測量。傳統方法對測量環境要求高，耗時較長，測量誤差不穩定，實測時無法預知地籍成圖是否準確。使用GPS測量方法進行地籍確權工作雖然精確度高，測量要求條件較傳統方法有改善。但是不能直接得到最終結果，而且對誤差的控制也是事后的，一旦測量數據沒滿足地籍測量規程就須重測。GPS-RTK方法不超過20 km距離定位誤差限為30 mm，首級控制節點的測量誤差限±50 mm，因而實時定位法的誤差滿足地籍測量要求。2)GPSRTK用于圖根控制測量。確認GPS-RTK測量法滿足首級精度后，可以將實時定位法推廣到下一級節點的坐標定位。定位基本控制節點時，應在保證測量誤差小于限定值的條件下實施定位。3)在地測中的校驗與使用。測點站開始施測之前，選擇可參照點進行GPS-RTK定位，將定位坐標與此點預知坐標來比較，以確定GPS-RTK啟動參數輸入無誤且定位設備工作正常與否，接收到的GPS-RTK定位信號換算為坐標存儲到微機，通過制圖軟件標定控制點的具體信息，形成符合地籍規范的各種成品圖并算出其面積。

3 結語

本文對地理信息系統、GPS控制測繪技術進行了相關介紹，并簡單的介紹了GPS控制測繪技術在地理信息系統中的運用，重點介紹了地籍測量，可以預見的是GPS控制測繪技術在地理信息系統中應用前景廣闊，伴隨著科學技術的發展進步，其也將對世界更多的領域產生積極影響。

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