CN101106816A - 应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法 - Google Patents

Abstract

应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法，设置有室内监控中心、室内信息中心、车载巡查终端和实地核查终端，通过车载巡查终端的差分数据生成模块为实地核查终端提供差分改正信息，并将该差分信息通过无线网络上传到室内信息中心，由室内信息中心下发到实地核查终端的定位模块；由室内监控中心根据任务调度调派车载终端和实地终端，实现调作业远程监控；对实际用地几何信息、属性信息进行取证，通过网络实时上传数据到室内信息中心，由信息中心转发给相应的车载终端，在车载终端的核查模块上显示出来。

Description

应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法

技术领域

本发明涉及国土测绘，特别是一种应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法，属于遥测、网络通信等技术领域。

背景技术

近几年来，由于社会经济的快速发展，工业、矿业、耕地等领域内出现了大量的违法使用土地行为。对土地使用中的违法行为的发现、制止及避免和挽回经济损失的要求越来越高，执法监察工作对国家利益的维护和经济发展的作用越来越重大。

以往，传统的土地执法监察工作是采用遥感监控的方法或依靠土地管理员采取听汇报、查阅档案资料、核对报表和查看用地现场。主要采用纸张记录的方式，这种方式一方面容易造成记录丢失或损坏，另一方面，对于记录的可靠性也很难保证。获取变更数据的具体技术手段主要有简易补测法、平板仪补测法、皮尺往返两次丈量等。这种方法获得的数据质量不高、可信度差，判定是否违法用地比较困难。显然，这些原始的巡查方式浪费人力和时间，主管部门无法对巡查时间、路线、人员进行实时调控，难以发现土地巡查工作中可能存在的巡查不到位、没有及时发现或制止违法行为等情况，其测量精度也远远不够，不能满足当前的土地信息化管理。

发明内容

本发明的基本理念是结合土地规划实施监管实地核查工作，开发基于无线网络和车载监控与信息获取平台，研究土地规划实施监管巡察车集成技术，装备各种仪器设备及相关业务子系统，实现土地规划实施监管。

本发明利用一种基于网络中继的全球定位系统移动基站定位技术，一种两级网络土地巡查移动终端监控系统和一种便携式高精度快速土地核查系统组合而成。设置有

含显示器、Internet网络、监控计算机及监控调度软件的室内监控中心；

含信息处理服务器、综合数据管理系统、异常用地信息分析处理软件的室内信息中心；

含车载综合导航系统、车载信息处理中心、视频采集系统、移动基站系统、无线通讯系统的车载巡查终端；

含全球定位/掌上电脑信息采集系统、数码视频采集系统以及无线通讯系统的实地核查终端；

通过车载巡查终端的差分数据生成模块为实地核查终端提供差分改正信息，通过将该差分信息通过无线网络上传到室内信息中心，由室内信息中心下发到实地核查终端的定位模块；由室内监控中心根据任务调度调派车载终端和实地终端，实现调度作业和远程监控；对实际用地几何信息、属性信息进行取证，通过网络实时上传数据到室内信息中心，由信息中心转发给相应的车载终端，在车载终端的核查模块上显示出来。

可在测区任意位置安置全球定位系统接收机作为移动基站，将临时设立的移动基站的数据通过无线通讯网络上传室内信息中心，将移动基站差分信息通过无线通讯网络下传流动站用户接收机，实现流动站相对于移动基站的相对定位，相对定位结果经坐标转换计算获得流动站用户所需要的坐标，得到相应坐标系中的成果，流动站将成果信息上传到室内信息中心。

在进行土地巡查工作时，实地核查终端、车载巡查终端和室内监控中心利用无线通讯技术构建两级网络：一级网络是车载巡查终端与实地核查终端构建的单层网络；一级是室内监控中心、车载巡查终端与实地核查终端构建的双层网络。

所述实地核查终端采用外业便携式设备PDA作为移动地理信息系统GIS的硬件平台，对多源空间数据快速高精度采集时，附近有国家控制点的区域利用控制点坐标设置全站仪工作初始值，附近没有控制点的区域，PDA结合卫星接收机采用RTK技术临时布设控制点，并通过串口线或蓝牙为全站仪引点、自动设置初始值；  对于现场取证信息的处理方式是：离线模式下，PDA通过专用数据线与PC机连接，将现场取证信息导出至车载监控中心；在线模式下，PDA将成图后的地块数据以约定好的格式存储为单文本模式，与其他取证信息一并通过网络通讯实时回传至监控中心，监控中心结合车载用地数据信息，对疑似用地进行定性、定量分析，输出实地执法成果。

本发明的优点及效果：克服了现有土地巡查方面费人工、精度低、耗时长、操作复杂的缺点，提供了一种更为可靠、简易、智能化的土地巡查方法。可以实时接收外业调查采集的多种地图数据和属性数据，及时加载、分层显示、灵活建表、快速成图，能实时获取巡查终端的调查情况、人员安排、路线选择等状态信息，对于巡查工作实行方便快捷的监督和管理，克服了土地巡查、执法监察和土地资源调查等工作中存在的工作繁琐、速度慢、效率低等问题。采用移动基站定位方法，可以在没有实现虚拟参考站组网地区实现高精度数据采集。发布的高精度差分信息，可实现大范围、高精度的实地核查，不受固定基站基线过长导致实地核查数据误差过大的影响，从而不需花费大量人力物力去建设大量的基站系统，保证土地巡查系统的移动性、经济性和核查的准确性。该方法还集合了移动办公系统，拓展了土地巡查系统的移动性、数据获取及处理的及时性。

附图说明

图1是本发明涉及的系统总体架构图；

图2是系统基本模块图；

图3是系统基本工作流程图；

图4是移动基站定位技术流程图；

图5是两级网络土地巡查移动终端监控方法框图；

图6是实地核查终端涉及的系统连接示意图；

图7是实地核查终端模块图；

图8是执法监察技术流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理和具体实施方式作进一步的说明。

参看图1-2，本发明是利用一种基于网络中继的全球定位系统移动基站定位技术，一种两级网络土地巡查移动终端监控方法和一种便携式高精度快速土地核查方法组合而成的应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法。方法中应用的系统包括室内监控中心、室内信息中心、车载巡查终端、实地核查终端。通过室内监控中心，管理和跟踪巡查车和实地核查终端；通过室内信息中心进行室内遥感巡查、生成实地核查方案、管理实地核查的各种数据、查询土地利用现状图、土地利用总体规划图、建设用地审批文件(一书四方案、一书三方案)；通过车载巡查及监控系统，一方面可在辖区范围内进行快速的土地利用巡视，及时发现用地异常，即时上报，对占用基本农田、超量用地、改变位置、以及破坏耕地等违法行为进行现场取证。另一方面对各种渠道获得的疑似违法用地进行定点核查，对土地利用重大项目进行重点监控，对责令整改的项目进行实地复查，车载巡查车中还包含移动办公系统，主要用于野外工作时实地核查人员与随车人员的通讯、随车人员和相关部门间纸质文件资料、数据文件资料的打印传输等；通过掌上电脑实地核查系统，获取疑似违法用地的位置、属性、图像信息，为下一步的处理提供证据。

室内信息中心主要由信息处理服务器、综合数据管理系统、异常用地信息分析处理软件系统等构成。综合数据管理系统负责对土地利用总体规划数据、土地利用现状数据、年度用地计划指标数据、基本农田保护数据、最新遥感影像数据、用地审批文件等多种用地信息进行管理和维护。异常用地信息分析系统以土地利用总体规划数据、土地利用现状数据、年度用地计划指标、基本农田保护区、用地审批文件等数据为主，对用地情况进行综合智能分析，发现新增建设用地。对土地利用总体规划红线内的新增建设用地，根据其是否符合年度用地计划指标、是否符合建设用地批件、是否符合产业发展规划、是否符合经济发展规划等来确定需到实地进行核查的疑似违规违法用地或违法用地分析报告；对土地利用总体规划红线外的新增建设用地，确定其违规用地情况(未批先占、乱占滥用等)，生成违法用地分析报告。最后根据违规用地性质责成相关责任单位进行解释或把结果上报给督察总局。

室内监控调度中心由大屏幕显示器、Internet网络、监控计算机、监控调度软件系统组成。主要实现对巡查车辆或实地核查终端外出任务实施管理和跟踪，监控外出巡查车辆运行状况，并根据需要实时发布巡查任务，调度最佳巡查人员到现场进行实地核查。

车载巡查终端主要由车载综合导航系统、车载信息处理中心、车载供电系统、视频采集系统、移动基站系统、移动办公系统、安防报警系统、无线通讯系统等组成。其中车载综合导航系统通过城市的道路交通导航寻找核查区域的大致位置，通过地块的导航功能，准确地查找出需要核查的地块，并利用土地利用现状图、土地利用总体规划图以及遥感影像图与GPS导航定位技术结合，实现精确到村导航指引，快速到达所需核查的地块现场，进行实地核查与现场取证；车载信息处理中心包括：车载工控机、工业机柜与控制台、无线网络通讯模块、液晶显示器、车载图形显示模块、车载信息查询模块、车载实地核查数据无线下载模块、车载实地核查人员监控模块、车载设备控制模块、车载实地核查数据处理模块，主要完成车载本地数据管理、远程用地审批资料查询、实地核查信息智能判读、巡查报告回传等任务；车载供电系统主要由车载电源、逆变器、移动发电系统、备用电源及电源控制系统等部分组成，该系统在行车过程中通过移动发电系统给设备供电，同时自动对车载电源、备用电源进行充电(也可用市电对车载电源、备用电源进行充电)，在电源完全蓄电情况下，能保证在车辆熄火状态下持续供电时间不小于6小时，主要完成整个车载巡查设备的电力供给；视频采集系统由摄像机、云台、室外护罩、视频压缩卡以及解码器等设备组成，用于疑似违法用地的现场视频取证，巡查车沿公路行驶，到达需要核查目的地后，利用视频采集系统对周围环境进行拍摄，同时保存视频信息。并将该视频录像与导航定位以及实地采集的数据关联；移动基站系统主要由GPS差分站、差分信息服务系统、无线通讯系统等组成，用于没有实现虚拟参考站组网地区的高精度数据采集；移动办公系统主要主要由打印复印一体机、移动传真机、对讲机、办公电脑、无线网络等组成，用于野外工作时实地核查人员与随车人员的通讯、随车人员和相关部门间纸质文件资料、数据文件资料的打印传输等；安防报警系统主要用于外出巡查车辆在紧急情况下的实时报警；无线通讯系统用于数据的无线传输。车载巡查系统根据室内信息处理中心或上访举报信息确定的实地核查任务，制定巡查路线，在综合导航系统的指引下，到达任务目的地附近，通过实地核查系统对实地用地情况进行调查取证，结合车载数据和远程数据，车载信息处理中心实地对现场调查内容进行定量或定性分析，对土地使用合法性和违法事实进行判断，形成巡查报告并可通过无线通讯系统回传到室内信息处理中心。同时，车载巡查系统还可在路途中随机发现异常用地，进行定性判断或定量勘测。

实地核查终端由中等精度全球定位系统/掌上电脑信息采集系统、高等精度全球定位系统/掌上电脑信息采集系统、数码视频采集系统以及无线通讯系统组成。对需实地核查任务，基于掌上电脑装载的土地利用总体规划数据、土地利用现状数据等底图，在手持式全球定位系统的导航下，到达巡查目的地，利用全球定位系统/掌上电脑对实际用地几何信息、属性信息进行取证，同时还可以利用便携式视频采集设备对用地情况进行录像、拍照取证。现场采集信息还可通过无线网络发送回到车载系统或室内监控系统，以便及时处理。

工作过程如图8：

(1)发现违法。通过信访调查、卫片执法检查、动态巡查、移交案件、上级交办查处任务5种模式确定疑似违法用地。

(2)资料准备。收集并准备数据，包括：最新的遥感影像资料、土地利用现状数据、土地利用总体规划数据、基本农田专题数据、用地审批文件。

(3)图件制作。根据收集的影像、土地利用现状数据、土地利用总体规划数据等资料，制作巡查图件，分别导入车载数据处理中心、车载导航系统和实地调查系统。

(4)锁定目标。根据疑似违法用地的描述，在车载导航系统中确定执法检查的目标位置。

(5)目标导航。在车载导航系统的交通导航以及检查地块的导航功能指引下，快速找到需要检查的地块。

(6)现场录像。利用车载视频采集系统，拍摄违法用地的四周环境，获取违法用地以及周围的现状录像资料。

(7)实地取证。根据调查精度的要求不同，调查人员下车到需要检查的地块现场，选择相应精度的实地调查系统设备，以土地利用现状图、土地利用总体规划图或遥感影像图为工作底图，通过导航功能，找到疑似违法用地的准确位置，现场采集地块的四至、面积，录入现场调查的属性信息，并拍摄现场照片，为确定是否违法提供佐证。

(8)远程核实。实地获取的图形与属性数据导入车载数据处理中心，与最新的遥感影像资料、土地利用现状数据、土地利用总体规划数据叠加，初步确定违法性质，然后通过无线网络或本地数据库，查询该疑似违法用地的相关用地审批文件(“一书四方案”)，或通过移动办公系统现场接收批件的传真，核对违法事实。

(9)数据整理。车载数据处理中心中，整理实地取证的成果、现场笔录信息、拍摄现场照片和录像资料。

(10)输出报告。车载数据处理中心中将整理完毕的检查成果以文本报告的形式在输出。

(11)上报成果。利用车载移动办公系统，打印执法监察报告，并传给主管部门。

(12)案件处理。主管部门根据实地核查的结果，对案件进行责令整改或立案处理，对于不需立案的，给出整改通知书，并下达到地方政府，在规定时间内进行整改，同时督察局在规定时间到期后对案件再次利用土地执法监察系统进行复查，如未按要求整改则按规定立案处理。对于要求立案处理的案件，一般案件可责令地方立案，对于重大案件按程序进行调查取证、会审讨论、最后将研究结果移送国家土地总督察处理。

参看图4，本发明采用的移动基站技术，在测绘现场任意位置安置GPS接收机作为移动基站，临时设立移动基站的接收模块接收全球定位卫星信号，坐标计算模块计算移动基站坐标，差分信息生成模块计算差分信息，然后由移动基站发送模块将差分信息、移动基站状态信息通过无线通讯网络上传数据中转服务器。服务器通过认证模块对上传申请进行用户认证，确认合法以后就通过接收模块接收上传数据，再通过检校模块进行数据完整性检校，并存储，以及通过监控模块对移动基站、流动站的工作状态进行监控，通过服务器发送模块将差分信息发送给流动站用户。流动站用户接收机通过接收模块GPS卫星载波和伪距信号及导航电文，接收数据中转服务器通过无线通讯网络下传的差分信息，由相对定位模块实现流动站相对于移动基站的相对定位，定位结果通过坐标转换模块计算获得流动站用户所需要的坐标。流动站的发送模块功能是将需要发送数据，如流动站坐标、图斑、现场摄像图片等通过无线通讯网络上传到服务器。

移动基站的主要功能是移动基站本身坐标测量和为相对定位生成差分改正信息，并将坐标和差分信息发送给服务器。包含接收模块、坐标计算模块、差分信息生成模块和发送模块等四个主要功能模块。移动基站的接收模块由接收机天线和相关软件组成，接收GPS卫星载波和伪距信号及导航电文，接收数据中转服务器发送过来的信息；在虚拟参考站网络(或其他基站网络)或固定基站范围内，根据需要接收这些基站发送的定位信号，也可根据需要接收OmniStar卫星或StarFire卫星定位信号。

移动基站坐标计算模块应用上述接收到的信号，计算移动基站的坐标。根据接收到的信号不同及工作需要，移动基站的坐标计算模块可实现五种坐标获取方式：(1)相对于一个固定基站的相对定位，(2)相对于虚拟参考站网络参考站的相对定位，(3)精密单点定位，(4)低精度单点定位，(5)星际差分定位。

图5所示为本发明的一种利用无线通讯技术构建的两级网络：巡查终端-车载、巡查终端-车载-室内监控中心，通过巡查终端的移动GIS平台、蓝牙/串口通讯、无线网络连接等技术，和全站仪等测绘仪器相连，将定位信息和调查数据的实时上传；车载巡查系统接收到巡查终端的调查数据，对其进行初步的分析，并新建数据集分层加载，与土地利用现状图、遥感影像图等叠加显示，对是否违法用地可进行初步的判断；室内监控中心既可监控各个巡查车辆的具体位置和工作状态，也可以接收各个巡查终端上传的调查数据，能实时掌握多个巡查任务的执行情况并进行统筹调度，从而保证巡查工作的顺利进行。

图6-7为本发明的实地核查终端涉及的系统连接示意图及其模块图。

实地核查终端所涉及的系统的组成包括：

1、手持手簿

手簿包括掌上电脑、数字移动终端、平板电脑、可穿戴计算机、GPS/手簿一体机；操作系统包括Windows CE、Linux、Palm及其他嵌入式操作系统。

2、移动站卫星定位接收机及天线

包括GPS、伽利略、北斗以及多模接收机。其中GPS接收机类型包括单频(含有伪距、载波相位输出)、双频(L1和L2)及其他形式的，移动站卫星定位接收机及天线与手簿组合为设置全站仪提供控制点坐标。

3、电子全站仪

全站仪与手持手簿组成了土地巡察的外业便携式信息采集与处理设备。

4、车载信息服务系统

5、室内监控调度系统

模块图包括：

1.通讯模块：包括串口/蓝牙通讯模块，网络通讯模块。

2.通讯配置模块：上层应用中配置网络参数，包括IP、端口号等。

3.卫星定位模块：通过通讯模块接收、解析卫星定位电文，提取定位信息。

4、全站仪定位模块：通过通讯模块设置全站仪工作初始值，实时接收、解析全站仪电文，提取定位信息。

5、坐标转换模块：在移动平台上，现场计算坐标转换参数；同时也支持导入事先计算好的参数文件。参数设置好后，负责WGS-84大地坐标与地方平面坐标之间的自动转换。

6、数据上传、下载模块：通过通讯模块，实时向监控中心上传自身定位信息、现场照片、成图后的巡察地块信息等；实时下载卫星差分改正信息、地图数据、任务信息等。

外业巡察过程中，用户手持手簿，卫星定位接收机辅助，利用全站仪定位，现场通过手簿上的人机交互界面，进行点位采集、现场成图、属性录入，实时回传，实现土地巡察信息采集、显示、编辑、存储与回传的整个过程。

实施例：应用本发明的具体实施例是在天津国土资源与房屋管理局，系统利用全球定位系统导航技术(车载全球定位系统导航系统)快速抵达新增建设用地现场；通过手持全球定位系统查设备、照相机、摄像机对新增建设用地现场情况进行调查取证；通过车载信息服务系统实现现场调查内容的处理，实地进行定量分析和定性分析，对土地合法性和违法事实进行判断，形成执法报告并通过无线传输传回数据中心。

车载土地执法系统由车载信息处理系统和全球定位系统/掌上电脑实地检查系统组成，整个执法的基本过程为图3：

1)通过举报信息、用地数据分析等方式发现疑似违法、违规用地。

2)疑似违规违法用地的土地利用现状图、土地利用规划图等导入掌上电脑作为实地核查底图，确定执法路线。

3)利用车载全球定位系统定位信息，结合多种用地信息工作底图，指引执法人员驱车到达执法目的地附近。

4)到达执法目的地附近，执法车停在无遮挡地区，打开卫星通信系统、全球定位系统移动基站系统，系统进行初始化。

5)对于定性检查，可手持全球定位系统/掌上电脑实地核查系统到实地进行信息采集即可(实时差分绝对定位精度可达20cm)，通过与相关用地数据进行对比，即可定性；对于定量检查，需利用控制网就近控制点或已知点(比如地籍图上明确特征点)对基站差分信息进行校正，在全球定位系统信号没有遮挡的区域，直接用全球定位系统/掌上电脑系统进行用地几何位置信息和属性信息进行采集，在全球定位系统信号受到遮挡的区域，利用全球定位系统/掌上电脑系统进行引点，采用全站仪对用地几何位置信息进行采集，掌上电脑进行属性信息采集(该方法定位精度可达5cm)。

6)把采集信息导入车载数据处理系统，结合车载用地数据信息，对疑似用地进行定性、定量分析，输出实地执法成果。

Claims (5)

1.应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法，其特征在于：设置有

含显示器、Internet网络、监控计算机及监控调度软件的室内监控中心；

含信息处理服务器、综合数据管理系统、异常用地信息分析处理软件的室内信息中心；

含车载综合导航系统、车载信息处理中心、视频采集系统、移动基站系统、无线通讯系统的车载巡查终端；

含全球定位/掌上电脑信息采集系统、数码视频采集系统以及无线通讯系统的实地核查终端；

通过车载巡查终端的差分数据生成模块为实地核查终端提供差分改正信息，通过将该差分信息通过无线网络上传到室内信息中心，由室内信息中心下发到实地核查终端的定位模块；由室内监控中心根据任务调度调派车载终端和实地终端，实现调度作业和远程监控；对实际用地几何信息、属性信息进行取证，通过网络实时上传数据到室内信息中心，由信息中心转发给相应的车载终端，在车载终端的核查模块上显示出来。

2.根据权利要求1所述的应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法，其特征在于：在测区任意位置安置全球定位系统接收机作为移动基站，将临时设立的移动基站的数据通过无线通讯网络上传室内信息中心，将移动基站差分信息通过无线通讯网络下传流动站用户接收机，实现流动站相对于移动基站的相对定位，相对定位结果经坐标转换计算获得流动站用户所需要的坐标，得到相应坐标系中的成果，流动站将成果信息上传到室内信息中心。

3.根据权利要求1或2所述的应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法，其特征在于：在进行土地巡查工作时，实地核查终端、车载巡查终端和室内监控中心利用无线通讯技术构建两级网络：一级网络是车载巡查终端与实地核查终端构建的单层网络；一级是室内监控中心、车载巡查终端与实地核查终端构建的双层网络。

4.根据权利要求1或2所述的应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法，其特征在于：所述实地核查终端采用外业便携式设备PDA作为移动地理信息系统GIS的硬件平台，对多源空间数据快速高精度采集时，附近有国家控制点的区域利用控制点坐标设置全站仪工作初始值，附近没有控制点的区域，PDA结合卫星接收机采用RTK技术临时布设控制点，并通过串口线或蓝牙为全站仪引点、自动设置初始值；对于现场取证信息的处理方式是：离线模式下，PDA通过专用数据线与PC机连接，将现场取证信息导出至车载监控中心；在线模式下，PDA将成图后的地块数据以约定好的格式存储为单文本模式，与其他取证信息一并通过网络通讯实时回传至监控中心，监控中心结合车载用地数据信息，对疑似用地进行定性、定量分析，输出实地执法成果。

5.根据权利要求3所述的应用网络中继的全球定位系统实现土地巡查和实时监控的方法，其特征在于：所述实地核查终端采用外业便携式设备PDA作为移动地理信息系统GIS的硬件平台，对多源空间数据快速高精度采集时，附近有国家控制点的区域利用控制点坐标设置全站仪工作初始值，附近没有控制点的区域，PDA结合卫星接收机采用RTK技术临时布设控制点，并通过串口线或蓝牙为全站仪引点、自动设置初始值；对于现场取证信息的处理方式是：离线模式下，PDA通过专用数据线与PC机连接，将现场取证信息导出至车载监控中心；在线模式下，PDA将成图后的地块数据以约定好的格式存储为单文本模式，与其他取证信息一并通过网络通讯实时回传至监控中心，监控中心结合车载用地数据信息，对疑似用地进行定性、定量分析，输出实地执法成果。

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