CN101105524B - 基于实时动态定位技术的快速地籍测量及数据处理方法 - Google Patents

Abstract

一种基于实时动态定位技术的快速地籍测量及数据处理方法，该方法包括利用GPS-RTK、工作底图和全站仪配合完成碎部点测量，其特征在于：根据碎部点测量需要，全站仪任意设站并利用工作底图获得近似定位和定向，形成测站坐标系；在碎部点测量过程中，利用GPS-RTK和工作底图获得公共点在成图坐标系下的坐标，利用全站仪获得这些公共点在测站坐标下的坐标，再利用这些公共点完成各碎部点从测站坐标系到成图坐标系的坐标转换，并评定转换精度。

Description

基于实时动态定位技术的快速地籍测量及数据处理方法

技术领域

本发明涉及测量、测绘技术，尤其涉及城镇地籍测绘过程中利用GPS和全站仪配合进行碎部点采集的一种基于实时动态定位技术(GPS-RTK)的快速地籍测量及数据处理方法，属于测绘技术领域。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，迫切需要摸清城镇土地家底，为政府部门的规划与决策提供翔实的数据支持。目前，我国城镇地籍数据变化量巨大，需要一种以高科技技术为手段的高效城镇地籍调查方法，以保障城镇地籍数据及时更新，满足城市建设需要。

GPS全球定位技术的问世，特别是实时动态定位技术(GPS-RTK)的发展为城镇地籍测量提供了一个新的平台，目前基于GPS技术的城镇地籍测量流程是：第一步，利用GPS-RTK技术进行图根点布设。在已知点架设GPS基站和流动站同步共视相同的卫星，基站同时把自己的基站坐标及载波相位观测量发送给流动站，流动站利用所观测信息固定整周模糊度并进一步获得基站和流动站间的基线向量，基站坐标加上该基线向量即得流动站坐标，利用流动站测得各图根点坐标。第二步，在这些图根点基础上进行碎部测量。在一图根点上架设全站仪，利用另一图根点完成全站仪定向，工作人员持全站仪反射棱镜到碎部点上，配合全站仪测得该碎部点。然而，由于城镇地区建筑物密集，严重影响了GPS-RTK流动站接收机对卫星信号的接收，使得很多情况下RTK整周模糊度不能快速固定，难以实现高精度实时定位。因此，利用RTK布设城镇地籍图根点时，往往需要花较多时间寻找空旷的位置以实现RTK高精度定位。同时，为了满足碎部点测量时全站仪定向的需要，这样的高精度RTK点还要满足与相邻点通视的要求，为了满足成图精度的需要，这两个相邻RTK点间距还必须满足定向精度要求。可见，现有技术利用GPS-RTK进行地籍测量工作时，还受到诸多限制，GPS的优越性还没有得到很好的发挥，图根点布设依然费时费力。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于实时动态定位技术的快速地籍测量及数据处理方法，该方法包括利用GPS-RTK、工作底图和全站仪配合完成碎部点测量，其特征在于：以尽可能观察到更多碎部点的原则，全站仪任意设站并利用工作底图获得近似定位和定向，形成测站坐标系；在碎部点测量过程中，利用GPS-RTK和工作底图获得公共点在成图坐标系下的坐标，利用全站仪获得这些公共点在测站坐标系下的坐标，利用这些公共点完成各碎部点从测站坐标系到成图坐标系的坐标转换，并评定转换精度。

按以下步骤进行：

(1)全站仪任意设站，并与移动计算平台连接，利用移动计算平台上的工作底图选取全站仪测站点及定向点坐标，形成测站坐标系；

(2)将全站仪反射棱镜置于对中杆上，全站仪反射棱镜上方再安置流动站天线，在对中杆竖直时流动站天线中心与全站仪反射棱镜中心处于同一铅垂线上，构成超镜仪；

(3)工作人员携带超镜仪到碎部点上配合全站仪进行碎部点测量，在可以实现高精度RTK定位的点上，利用GPS-RTK测得成图坐标系下的坐标并传输给移动计算平台，同时用全站仪获得该点在测站坐标系的坐标，形成GPS公共点；

(4)在移动计算平台上获得工作底图上明显碎部点在成图坐标系下的坐标，并利用全站仪获得该点在测站坐标系的坐标，形成底图公共点；

(5)利用步骤(3)和(4)所得公共点获得测站坐标系至成图坐标系的坐标转换参数，利用此转换参数完成其余碎部点的坐标转换；

(6)计算各个碎部点坐标转换精度，如满足成图要求则测站工作结束；

(7)否则，利用全站仪支点并在支点设站，重复步骤(3)～(6)。

上述方法中，所述移动计算平台可以是掌上电脑、笔记本电脑、平板电脑或数字移动终端；所述的工作底图可以是城镇地籍现状图、遥感影像图或大比例尺地形图；所述把GPS测得成图坐标系下的坐标传输给移动计算平台的传输方式可以是手工输入、GPRS无线传输或蓝牙传输。

上述步骤(5)所述的坐标转换参数求取方法为：、

X＝(B^TPB)^-1B^TPL                            (1)

其中：

X为坐标转换参数向量；

为n个公共点在测站坐标系下坐标形成的矩阵；

为n个公共点在测图坐标系下坐标形成的矩阵；

$P=\left[\begin{array}{cccccccc}\frac{2}{m_1^2}& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& \frac{2}{m_1^2}& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& \·\·\·& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \frac{2}{m_1^2}& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{2}{m_1^2}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& \·\·\·& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& \frac{2}{m_1^2}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& \frac{2}{m_n^2}\end{array}\right]---\left(4\right)$

为权矩阵，第一类公共点m_i取GPS-RTK给出的点位坐标，第二类公共点m_i取原底图成图精度；

步骤(5)所述的其余碎部点的坐标转换方法为：

步骤(6)所述的各个碎部点转换精度计算方法为：

本发明优点及有益效果：全站仪设站自由，不用考虑全站仪测站与已知控制点间通视问题，也不用考虑控制点间通视问题，能最大程度满足碎部点测量的需要。控制在测量过程中进行，在碎部点测量过程中，遇到可以实现高精度RTK定位的点形成公共点，避免了控制测量过程为寻找可以实现高精度RTK定位的点而费时费力，同时还可以形成多个公共点，有效地提高了成图精度；

本发明利用工作底图上的明显地物形成底图公共点，可以很好地提高本次测量成果与历史资料的吻合程度，实现历史资料的很好继承。

附图说明

图1为本发明设备连接及工作原理图；

图2为本发明数据流程图；

图3为本发明技术流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明工作原理及实施方式作进一步说明：

本实施例移动计算平台选择个人数字助理(PDA)，工作底图选择城镇地籍现状图，全站仪选择免棱镜全站仪，GPS-RTK测得成图坐标系下的坐标传输给移动计算平台的传输方式选择手工输入。

图1为本发明设备连接及工作原理图。标号说明：1.GPS星座，2.GPS信号，3.基站天线，4.基站主机，5.数据链，6.基站发送给移动站的差分信号，7.流动站主机，8.流动站天线，9.全站仪反射棱镜，10.GPS信号，11.全站仪测距信号，12.全站仪，13.PDA。

在作业区域半径十公里范围内一已知GPS点上架设GPS基站天线3，基站天线3连接到基站主机4，基站天线3接收GPS卫星信号2并将信号传输给基站主机4，主机4连接到数据链5，通过数据链5将基站坐标及载波相位观测值等差分信号6发送给流动站主机7；在作业现场，根据尽可能多地观测到碎部点的原则架设全站仪12，全站仪12利用串口线与PDA13连接，利用PDA13中存储的城镇地籍现状图获得全站仪测站及定向点近似坐标并完成全站仪定向，形成测站坐标系；将全站仪反射棱镜9置于对中杆上，全站仪反射棱镜9上方再安置流动站天线8，在对中杆竖直时流动站天线8中心与全站仪反射棱镜9中心处于同一铅垂线上，构成超镜仪；流动站天线8接收GPS信号10并传输给流动站主机7，流动站站主机7利用获得的基站发送给移动站的差分信号6和GPS信号10固定整周模糊度，并进一步获得流动站在成图坐标系下的坐标；同时，全站仪12瞄准超镜仪上的全站仪反射棱镜9，发射全站仪测距信号11测得全站仪12至全站仪反射棱镜9间水平距离，结合方位角可获得全站仪反射棱镜9在测站坐标系下的坐标，形成GPS公共点；提取存储于PDA13上的城镇地籍现状图明显碎部点在成图坐标系下的坐标，利用全站仪12测得该点在测站坐标系下的坐标，形成底图公共点；在PDA13上利用公共点完成各碎部点从测站坐标系到成图坐标系的坐标转换，并评定精度。

图2为本发明数据流程图。基站通过数据链将差分信号发送给流动站；流动站获得点位坐标并传输给移动计算平台；全站仪观测超镜仪棱镜，并将测得点位坐标传输给移动计算平台；提取存储于移动计算平台上的城镇地籍现状图明显碎部点在成图坐标系下的坐标；利用PDA进行测站坐标系至成图坐标系的坐标转换并评价各点转换精度。

图3为本发明技术流程图。在作业区域半径十公里范围内一已知GPS点架设GPS基站，接通数据链向流动站发送差分信号；在碎部点测量现场，根据尽可能多地观测到碎部点的原则架设全站仪；将全站仪与PDA连接，设置好该两设备间的波特率和校正码，实现全站仪与PDA间的数据传输；打开存储在PDA上的城镇地籍现状图，从城镇地籍现状图上找到全站仪架设的概略点并选取坐标作为测站点坐标，在实地找一定向点并在城镇地籍现状图上概略确定其坐标，完成全站仪定向；打开超镜仪上的流动站，使仪器处于RTK工作状态；利用免棱镜全站仪瞄准房角等立体地物点，进行碎部点测量，工作人员持超镜仪在平面地物点如道路、界址点进行碎部点测量；在这个过程中，工作人员需要注意超镜仪流动站RTK整周模糊度是否固定，如果完成了整周模糊度正确解算，则在该点利用超镜仪上流动站获得该点在成图坐标系下的坐标并记做点名为G1，利用全站仪测得该点在测站坐标系下的坐标并记做点名为T1，即形成了GPS公共点；本实施例获得这样的GPS公共点3个；通过PDA上的城镇地籍现状图，精确选取4个明显碎部点在成图坐标下的坐标，并利用全站仪测得这些点在测站坐标系下的坐标，即形成了4个底图公共点；所有点位坐标输入PDA，GPS公共点的精度m_i由流动站随坐标一起提供，底图公共点的精度m_i等于城镇地籍现状图成图精度，即5厘米；根据式(1)～(4)解的测站坐标系至成图坐标系的坐标转换参数向量；根据式(5)完成其余碎部点从测站坐标系到成图坐标系的坐标转换；利用式(6)同步计算各点坐标转换精度，如果95％的点坐标转换精度都小于两倍的测图精度，则结束测站工作；否则，利用全站仪进行支站，继续进行碎部点及公共点测量，再次进行坐标转换及精度评定，直至满足要求后结束测站工作。

Claims (5)

1.一种基于实时动态定位技术的快速地籍测量及数据处理方法，包括利用GPS-RTK、工作底图、移动计算平台和全站仪配合完成碎部点测量，其特征在于：以尽可能观察到更多碎部点的原则，全站仪任意设站并利用工作底图获得近似定位和定向，形成测站坐标系；在碎部点测量过程中，利用GPS-RTK和工作底图获得公共点在成图坐标系下的坐标，利用全站仪获得这些公共点在测站坐标下的坐标，利用这些公共点完成所测碎部点从测站坐标系到成图坐标系的坐标转换，并评定转换精度；

按以下步骤进行：

(1)全站仪任意设站，并与移动计算平台连接，利用移动计算平台上的工作底图选取测站点及定向点坐标，形成测站坐标系；

(2)将全站仪反射棱镜置于对中杆上，全站仪反射棱镜上方再安置流动站天线，在对中杆竖直时流动站天线中心与全站仪反射棱镜中心处于同一铅垂线上，构成超镜仪；

(3)工作人员携带超镜仪到碎部点上配合全站仪进行碎部点测量，在可以实现高精度RTK定位的点上，利用GPS-RTK测得其成图坐标系下的坐标并传输给移动计算平台，同时用全站仪获得该点在测站坐标系的坐标，形成GPS公共点；

(4)在移动计算平台上获得工作底图上明显碎部点在成图坐标系下的坐标，并利用全站仪获得该点在测站坐标系的坐标，形成底图公共点；

(5)利用步骤(3)和(4)所得公共点获得测站坐标系至成图坐标系的坐标转换参数，利用此转换参数完成其余碎部点的坐标转换：

X＝(B^TpB)^-1B^TpL    (1)

其中：

X为坐标转换参数向量；

为n个公共点在测站坐标系下坐标形成的矩阵；

为n个公共点在测图坐标系下坐标形成的矩阵；

$P=\left[\begin{array}{cccccccc}\frac{2}{m_1^1}& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& \frac{2}{m_1^2}& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& ...& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& \frac{2}{m_i^2}& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{2}{m_i^2}& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& ...& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& \frac{2}{m_n^2}& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& \frac{2}{m_n^2}\end{array}\right]---\left(4\right)$

为权矩阵，第一类公共点m_i取GPS-RTK给出的点位坐标，第二类公共点m_i取原底图成图精度；

其余碎部点的坐标转换方法为：

(6)计算各个碎部点坐标转换精度，如满足成图要求则测站工作结束；

各个碎部点转换精度计算方法为：

(7)否则，利用全站仪支点并在支点设站，重复步骤(3)～(6)。

2.据权利要求1所述的基于实时动态定位技术的快速地籍测量及数据处理方法，其特征在于所述移动计算平台为平板电脑、个人数字助理或笔记本电脑。

3.据权利要求1或2所述的基于实时动态定位技术的快速地籍测量及数据处理方法，其特征在于所述的工作底图为城镇地籍现状图、遥感影像图或大比例尺地形图。

4.据权利要求1或2所述的基于实时动态定位技术的快速地籍测量及数据处理方法，其特征在于步骤(3)所述把GPS-RTK测得成图坐标系下的坐标传输给移动计算平台的传输方式为手工输入、GPRS无线传输或蓝牙传输。

5.据权利要求3所述的基于实时动态定位技术的快速地籍测量及数据处理方法，其特征在于步骤(3)所述把GPS-RTK测得成图坐标系下的坐标传输给移动计算平台的传输方式为手工输入、GPRS无线传输或蓝牙传输。

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